Energija

ener

gija

eko

no

mija

ek

olo

gija

ener

gija

eko

no

mija

ek

olo

gija

Energija/Ekonomija/Ekologija

Broj 4, decembar 2008.

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 - 6.000,00 dinara- za inostranstvo 12.000,00

dinara

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

Re{enjem Ministarstva za informisanje Republike Srbije âsopis je upisan u Registar sredstava javnog informisanja pod brojem 2154.

Sva prava zadràna. Radovi su {tampani u izvornom obliku uz neophodnu tehni~ku obradu.Autori odgovaraju za svoje stavove i saop{tene podatke u radovima. Nijedan deo ove publikacije ne moè biti reprodu-kovan, presnimavan ili preno{en bez prethodne saglasnosti Izdava~a.

IZDAVA^KI SAVET

Dr Petar [kundri}, ministar rudarstva i energetike

Mr Boìdar \eli}, ministar za nauku i tehnolo{ki razvoj

Mr Mla|an Dinki}, ministar ekonomije i regionalnog razvoja

Oliver Duli}, ministar ìvotne sredine i prostornog planiranja

Du{an Mraki}, dràvni sekretar\or|e Mihajlovi}, dràvni

sekretarMilo{ Bugarin, predsednik PKSDr Vladimir \or|evi}, gen.dir.

JP EPSMilo{ Saramandi}, gen.dir.

NIS, a.d. Novi SadBiserka Jevtimijevi},

predsednik UO NIS a.d. Novi Sad

Petar Kneèvi}, predsednik UO JP EPS

Ljubo Ma}i}, dir.Agencije za energetiku

Milo{ Milankovi}, gen.dir. JP Elektromreà

Du{an Bajatovi}, gen.dir. JP Srbijagas

Neboj{a Lemaji}, gen.dir. JP Transnafta

Zlatko Dragosavljevi}, dir.JP PEU

Dr Radomir Milovi}, predsednik UO EP Crne Gore

Branislava Mileti}, gen.dir. EP Republike Srpske

Drago Davidovi}, predsednik SE Republike Srpske

Dr Tomislav Simovi}, gen.dir. Montinvest a.d.

Vladan Pirivatri}, gen.dir. Energoprojekt Holding

Dragan Tomi}, zam.gen.dir. JP EPS

Zoran Predi}, dir. JKP Beogradske elektrane

Stevan Mili}evi}, PD EDB dooDragan Popovi}, dir. PD TENT

dooGoran Kneèvi}, dir. PD HE

\erdap dooSava \uri}, dir.NIS NaftagasGordana Grubi}, dir. NIS PetrolIlija An|elkovi}, dir. RNPDesimir Bogi}evi}, dir. PD

Elektrosrbija dooVladan Jovi}i~, dir. PD RB

Kolubara@eljko Baji}, dir.PD

Elektrovojvodina dooZoran Obradovi}, dir.Panonske

TE-TO Janko ôbrda, dir.Novosadske

toplaneAleksandar Janji}, dir.PD

Jugoistok dooIvan Savi}, dir. PD Centar dooRa{a Babi}, dir.Termoelektro adMilorad Markovi}, Predsednik

HK MinelMarko Pejovi}, potpredsednik

SEDr Dragan Kova~evi}, gen.dir.

EI „Nikola Tesla“Dr Vladan Batanovi}, gen.dir.

Institut „Mihajlo Pupin“Dr Zlatko Rako~evi}, dir.

Instituta Vin~aProf.dr Miodrag Popovi},

dekan Elektrotehni~kog fakulteta Beograd

Prof.dr Milo{ Nedeljkovi}, dekan Ma{inskog fakulteta Beograd

Prof.dr Nenad Gvozdenac, Tehni~ki fakultet Novi Sad

Prof.dr Milun Babi}, Ma{inski fakultet Kragujevac

Dr Vladimir @ivanovi}, SEVladimir Mo~nik, SEDragojlo Baàlac, SE

REDAKCIONI ODBOR

Dragomir Markovi}, JP EPS, dir. Direkcije za strategiju i

investicijeDr Aca Markovi}, zam. dir.

Agencije za energetikuSlobodan Petrovi}, sek.

Odbora za energetiku PKSDr Ozren Oci}, NIS a.d, Petrol-

RNPProf. dr Petar \uki}, TMFDragan Nedeljkovi}, novinarDr Vojislav Vuleti}, gen. sekre-

tar Udrènja za gasMom~ilo Cebalovi}, EPS, dir. za odnose s javno{}uNeboj{a ]eran, PD TENTSavo Mitrovi}, Sever SuboticaProf. dr Ne{o Miju{kovi}, JP

EMSDr Branislava Lepoti}, pom.

dir. JP TransnaftaRadi{a Kosti}, JP EMSDr Danilo [ukovi}, dir. Instituta

za dru{tvene naukeDr Maja \urovi}, Ministarstvo

nauke i za{tite ìvotne sredineDr Du{an Nestorovi}, NIS

RNPDr Predrag Stefanovi}, Institut

Vin~aIvica Ristovi}, JP PEUDr Du{an Unkovi}, NIS, a.d.Miroslav Sofroni}, PD TENTMile Danilovi}, dir.

Termoelektro “ENEL”Prof. dr Ilija Vujo{evi}, ETF

PodgoricaProf. dr Milo{ Gruji}, RGFRoman Muli}, SEDobrica Filipovi}, NIS NaftagasRade Borojevi}, PK BeogradaMiroslav Nada{ki, pom. dir.

JKP Novosadska ToplanaNikola Petrovi}, dir.

“Energetika” d.o.o.Mr Mi{ko Markovi}, EP CGTomislav Mi}ovi}, NIS dir. za

odnose sa javno{}u

ener

gija

eko

no

mija

ek

olo

gija

Sadràj[005] C. Stojanovi}, B. Grk

Osnovne projekcije razvoja energetskog sektora u Bosni i Herce-govini

[011] JP Elektroprivreda SrbijeNajzna~ajniji investicioni projekti planirani u JP Elektroprivreda Srbije u periodu do 2015.

[016] G. \uki}, M. Mati}U{teda elektri~ne energije u okviru velikih industrijskih potro{a~a

[021] N. Markovi}, M. Vuji~i}, D. Radosavljevi}Analiza elektrifikacije gradskog podru~ja sa razli~itim grupama potro{a~a

[025] N. Markovi}, M. Vuji~i}, D. Radosavljevi} Analiza totalne elektrifikacije gradskog podru~ja

[030] D. Strebkov, Z. Stevi}, P. RakinRealizacija Teslinih ideja o jednoprovodnom prenosu elektri~ne energije

[033] D. StrebkovИнновационные энергетические технологии

[046] D. Strebkov, P. RakinPhotovaltaic Technologies for PV Industry

[049] D. ]osi}, P. RakinVodoni~no gorivo kao ekolo{ki doprinos funkcionisanju postoje}ih termoelektrana na ugalj

[052] D. Radosavljevi} Prora~un toplotne pumpe

[054] B. Petkovi}, S. Stefanovi}, B. Todorovi}Vo|enje procesa konvertorovanja bakarnih kamenaca u cilju kori{}enja maksimalnih energetskih mogu}nosti

[063] M. Sre}kovi}, A. Milosavljevi}, S. Mili}, Z. Karastojkovi}, I. Ne{i} Primena laserskih metoda merenja i obrade u energetici

[074] S. Komatina - Petrovi} Geolo{ko skladi{tenje CO2 - nezaobilazni element nacionalne strategije razvoja energetike i strategije odrìvog razvoja

[078] O. Oci}19. svetski naftni kongres - kuda ide naftni biznis

[080] O. Oci}Prikaz knjige - Oil Industry of South Eastern Europe

[081] M. Pajni}, M. Begovi}Energetski aksijalno proto~ni ventilatori u termoenergetskim postrojenjima

[087] V. Duki}, M. Tasi}, S. Vasi}Neki aspekti funkcionisnja mlina za mlevenje uglja primenjeni na mlinskom postrojenju isporu~enom TE Tuzla i primer rešavanja odre|enih pitanja kod proizvodnje, transporta i montaè vrelovodnog kotla od 116MW koji je ura|en za Beogradske Elektrane

energija

ApstraktProces reforme elektroenergetskog sektora u Bosni i Hercegovini formalno je započeo 2000. godine. Iste godine usvojeni su Zakon o prenosu, regulatoru i operatoru sistema električne energije u BiH, te entitetski zakoni o električnoj energiji. Tokom 2004. godine usvajanjem Zakona o osnivanju kompanije za prenos u BiH, te Zakona o osnivanju nezavisnog operatora sistema za prenosni sistem u BiH započela je praktično realizacija reforme elektroenergetskog sektora.U ovom radu dat je pregled postojećih kapaciteta za proizvodnju električne energije u Bosni i Hercegovini, zatim pregled elektroenergetskih objekata predviđenih za rekonstrukciju i revitalizaciju kao i pregled novih elektroenergetskih objekata čija se izgradnja planira do 2020. godine. Na kraju dat je pregled rezervi uglja po pojedinim basenima na prostoru BiH kao osnova za planiranje, odnosno izgradnju termoenergetskih kapaciteta za proizvodnju električne energije.Ključne riječi:reforma, energetska politika, kapaciteti, rekonstrukcija, modernizacija, razvoj

Basic Projection of Development of Electrical Energetic Sector in Bosnia and Heyegovina

Process of the reform of electrical energetic sector in Bosnia and Herzegovina is formaly started in 2000. The same year are adopted the Law of transferable, regulator and operator of electrical energy system in Bosnia and Herzegovina, then the Laws of entity about electrical energy. During 2004, with adopted the Law of found company for transferable in Bosnia and Herzegovina, then the Law of found independent operator of system for transferable system in Bosnia and Herzegovina, are practicly started realization of reform of electrical energetic sector In this article are bring up the summary of exsisting capacities for production of electrical energy in Bosnia and Herzegovina, then review of electrical energetic objects provided for reconstruction and revitalize, as review as a new electrical energetic objects whose construction are planned by 2020. On the end, the review of reserves of the coal are given by the individual basins on the Bosnia and Herzegovina region as a basic for the planning, as for the construction of thermal power capacities for the production of electrical energy Key words: reform, energetic politics, capacities, reconstruction,modernization, development

U vod Energetska politika Bosne i Hercegovine spada u djelokrug rada državnog, odnosno entitetskih resornih ministarstva: Ministarstvo vanjske trgovine i ekonomskih odnosa BiH, Ministarstvo energije, rudarstva i industrije u Federaciji BiH, te Ministarstvo privrede, energetike i razvoja u Republici Srpskoj. Za sprovođenje reforme elektroenergetskog sektora u Bosni i Hercegovini najvažniji subjekti su: Ministarstvo vanjske trgovine i

ekonomskih odnosa BiH u cijoj je nadležnosti koordinacija energetske politike i međunarodnih odnosa na nivou BiH,

Ministarstvo energije, rudarstva i industrije Federacije BiH nadležno za implementaciju državne politike, energetsku politiku Federacije BiH i koordinaciju entitetskih aktivnosti,

Ministarstvo privrede, energetike i razvoja Republike Srpske nadležno za implementaciju državne politike, energetsku politiku Republike Srpske i koordinaciju entitetskih aktivnosti,

Državna regulatorna komisija za elektricnu energiju (DERK) nadležna za regulaciju djelatnosti prenosa elektricne energije i međunarodne trgovine električnom energijom

Regulatorna komisija za elektricnu energiju u Federaciji BiH (FERK) nadležna za proizvodnju, distribuciju i snabdijevanje električnom energijom u Federaciji BiH,

Regulatorna komisija za električnu energiju Republike Srpske (RERS) nadležna za proizvodnju, distribuciju i snabdijevanje električnom energijom u Republici Srpskoj,

Nezavisni operator sistema NOS BiH Kompanija za prenos električne

energije Elektroprenos BiH Elektroprivreda BiH Elektroprivreda Hrvatske zajednice Herceg Bosne

Mješoviti holding Elektroprivreda Republike Srpske

1.0 Pregled postoje}ih proizvodnih kapaciteta u Bosni i Hercegovini1.1 Hidroelektrane1.1.1 Hidroelektrane u Federaciji Bosne i HercegovineU tabeli 1 dat je pregled postojećih hidroelektrana na području Federacije Bosne i Hercegovine.

[005]

Mr Cvjetko Stojanovi}, dipl. in`. rud.Zavisno Preduzeše "RiTE Ugljevik", a.d. UgljevikBranko Grk, dipl. in`. teh.Mješovito holding "Elektroprivreda Republike Srpske", Trebinje

UDC:621.311.001.6(497.6)

Osnovne projekcije razvoja energetskog sektora u Bosni i Hercegovini

energija

nalazi se ukupno šest hidroelektrana ukupne snage 747 MW i očekivane godišnje proizvodnje 1569 GWh. Pretpostavljeni scenario predviđa da će sve hidroelektrane biti u pogonu do kraja 2020. godine.

1.1.2 Hidroelektrane u Republici SrpskojU tabeli 2 dat je pregled postojećih hidroelektrana na području Republike Srpske.Kod sagledavanja ukupne raspoložive snage, odnosno očekivane godišnje proizvodnje postojećih hidroelektrana u Republici Srpskoj u obzir je uzeta činjenica da se hidroelektrana Dubrovnik I nalazi u sastavu Hrvatske Elektroprivrede, te da se ukupna proizvodnja ove hidroelektrane dijeli u odnosu 50:50 između Elektroprivrede RS i Hrvatske Elektroprivrede. U skladu s tim su prikazani podaci o snazi i očekivanoj godišnjoj proizvodnji HE Dubrovnik, a koji se odnose na dio koji koristi ERS.Prema tome, ukupna raspoloživa snaga hidroelektrana u RS je 735 MW uz očekivanu godišnju proizvodnju od 2655 GWh. Pretpostavljeno je da će sve hidroelektrane biti u pogonu do kraja 2020. godine.

1.2 Termoelektrane

1.2.1 Termoelektrane u Federaciji BiHSve termoelektrane u Federaciji BiH nalaze se u sastavu Elektroprivrede BiH tj. na području Elektroprivrede HZHB postoje samo hidroelektrane. Ukupna snaga termoelektrana na pragu je 1015 MW. Takođe, treba istaći činjenicu da sve elektrane kao gorivo koriste domaći ugalj (mrki i/ili lignit). Do 2020.godine planirano je da iz pogona izađu jedinice: Tuzla G3 (2013. godine), Tuzla G4 (2018. godine) i Kakanj G5 (2018. godine). Kakanj G7 je revitalizovan tokom 2005. godine. Tuzla G5 je trenutno u revitalizaciji, a predviđena je i revitalizacija blokova Tuzla G6 i Kakanj G6. Nakon revitalizacije očekuje se da će navedene jedinice izaći iz pogona nakon 2020. godine. Očekivano produženje radnog vijeka revitalizovanih jedinica je 15 godina.

1.2.2 Termoelektrane u Republici SrpskojTermoenergetske kapacitete za proizvodnju električne energije u Republici Srpskoj čine dvije termoelektrane: Ugljevik i Gacko, kojima upravlja Elektroprivreda

Tabela 1

Tabela 2

Slika 1 Položaj rudnika uglja i termoelektrana u BiH Na osnovu podataka o postojećim hidroelektranama na području Federacije BiH može se vidjeti da je ukupna raspoloživa snaga na pragu hidroelektrana 1256 MW, sa očekivanom godišnjom proizvodnjom 3149 GWh. U sastavu EP BiH nalaze se tri velike hidroelektrane i nekoliko malih hidroenergetskih objekata ukupne snage 509 MW i očekivane godišnje proizvodnje 1580 GWh. Na području EP HZHB

[006]

energija

Tabe

la 3

T

erm

oele

ktra

ne u

Fed

erac

iji B

osne

I H

erce

govi

ne

Tabe

la 4

T

erm

oele

ktra

ne u

Rep

ublic

i Srp

skoj

Republike Srpske. Raspoloživa snaga ovih termoelektrana iznosi 530 MW. Pri tome treba imati u vidu da je projektovana snaga na pragu TE Ugljevik 280 MW, ali je zbog tehničkih problema moguće postići tek 250-260 MW. Za postizanje projektovane snage potrebna je rekonstrukcija kotla. Obje termoelektrane predviđene su za revitalizaciju čime se planira produženje životnog vijeka i ispunjenje ekoloških normi u pogledu dozvoljenih emisija zagađivača. Očekivana godina izlaska iz pogona revitalizovanih jedinica je nakon 2020. godine. Na slici 1 ispod prikazan je geografski raspored rudnika uglja i termoelektrana u BiH.U tabelama 3 i 4 prikazani su osnovni podaci o termoelektranama na području Bosne i Hercegovine

2.0 Revitalizacija elektranaPrema planu revitalizacije termoelektrana u Bosni Hercegovini do 2020. godine predviđene su termoelektrane u sastavu Elektroprivrede BiH i to: TE Kakanj: blok 6, TE Tuzla blok 5, (revitalizacija u toku, započela 2007. godine) i blok 6, dok su u Elektroprivredi Republike Srpske za revitalizaciju predviđene obje termoelektane Gacko i Ugljevik. Pretpostavljeno je da se do kraja 2011. godine završi revitalizacija svih postrojenja što će obezbijediti produženje radnog vijeka pojedinih blokova za najmanje 15 godina. Zahvatima revitalizacije predviđene su i izmjene pojedinih parametara elektrana kao što su povećanje raspoložive snage, skraćenje trajanja redovnog remonta, smanjenje specifi čnog utroška toplote, te smanjenje broja ispada iz pogona.

3.0 Elektrane kandidati za izgradnjuU nastavku dat je pregled elektrana kandidata na području Bosne i Hercegovine. Obzirom da postoji relativno veliki broj kandidata za izgradnju elektrana ovdje su navedene samo one elektrane čiji se podaci baziraju na prethodnim

[007]

energija

aktivnostima po pojedinom projektu, odnosno noveliranim studijama (pred)izvodljivosti i mogućnosti iskorištenja pojedinih lokacija na vodotocima ili pojedinim ugljenokopima.

3.1 Hidroelektrane

3.1.1 Hidroelektrane u Federaciji BiHNa području EP BiH obuhvaćeno je

ukupno devet kandidata za izgradnju. Pri tome su sve male hidroelektrane posmatrane kao jedan projekat. Ukupna snaga kandidata iznosi 654,7 MW sa očekivanom godišnjom proizvodnjom od 1840 GWh. Najranija godina ulaska u pogon, za projekat malih hidroelektrana, koji EP BiH izvodi u saradnji sa fi rmom Turboinštitut iz Slovenije je 2009. godina. Za ostale projekte pretpostavljeno je da mogu

ulaziti u pogon od 2012. godine i nadalje. Pri tome treba napomenuti da se radi o optimističkim varijantama najranijeg mogućeg ulaska u pogon s obzirom na stanje aktivnosti po pojedinim projektima.Na području EP HZHB obuhvaćeno je ukupno deset kandidata. Pri tome treba imati u vidu da je HE Mostarsko Blato objekat koji se nalazi u izgradnji. U svim scenarijima pretpostavljeno je da ova elektrana fi ksno ulazi u pogon u 2010. godini. Ukupna snaga svih razmatranih hidroelektrana kandidata iznosi 255 MW sa očekivanom godišnjom proizvodnjom 677 GWh. Kao i u slučaju EP BiH i ovdje važi komentar da su prikazane najranije godine ulaska u pogon optimističke. Ukupno na području Federacije BiH za realizaciju do 2020. godine konkurišu hidroenergetski objekti snage 906 MW i godišnje proizvodnje 2517 MW.U tabeli 5 prikazani su osnovni podaci o hidroelektranama kandidatima na području Federacije BiH.

3.1.2 Hidrelektrane u Republici SrpskojU tabeli 6 prikazani su osnovni podaci o hidroelektranama kandidatima na području Republike Srpske. Radi se o ukupno jedanaest projekata ukupne snage 958 MW i očekivane godišnje proizvodnje 2555 GWh. Projekti malih hidroelektrana modelirani su u pet grupa ukupne snage 212 MW. HE Dubrovnik 2 je projekat koji zajednički planiraju Elektroprivreda Republike Srpske i Hrvatska elekroprivreda.

3.2 Termoelektrane

3.2.1 Termoelektrane u Federaciji BiHNa području EP BiH razmatra se o šest mogućih lokacija za izgradnju novih termoelektrana. Pri tome tri kandidata: Tuzla G7, Tuzla G8 i Kakanj G8 imaju praktično jednake karakteristike s obzirom da su za ove elektrane bile poznate samo očekivane instalisane snage. Podaci o investicijama, drugim troškovima i specifi čnom utrošku toplote su pretpostavljene. Na području EP HZHB razmatrana je mogućnost izgradnje TE Kongora. U tabelama 7 i 8 prikazani su osnovni podaci o termoelektranama kandidatima za izgradnju na području Federacije BiH.

3.2.2 Termoelektrane u Republici SrpskojNa prostoru Republike Srpske kao mogući kandidati za izgradnju termoelektrana razmatrane su tri

[008]

Tabela 5

Tabela 6

energija

lokacije: Stanari, Ugljevik i Gacko. Na lokaciji Gacko pretpostavljena je mogućnost izgradnje dva bloka snage od po 330 MW, u Stanarima jedan glok od 410 MW, dok je u slučaju Ugljevika još dilema da li će se graditi blok od 300 MW ili blok veće snage. U tabeli 9 prikazani su osnovni podaci o termoelektranama kandidatima za izgradnju na području Republike Srpske.

4.0 Energetski potencijal ugljenih basena Bosne i HercegovineEnergetski potencijal ugljenih basena Bosne i Hercegovine sagledan je na osnovu bilansnih rezervi mineralnih sirovina koje su ažurirane sa 31.12.2006. godine, odnosno za koje rudnici posjeduju rješenja o odobrenim rezervama od nadležnih Ministarstava, a eksploatacione rezerve su procijenjene prema nivou tehničke dokumentacije.Ukupne geološke rezerve uglja u BiH

iznose oko 5,647 milijardi tona, od čega je bilansnih 2,540 milijardi tona i to: 1,437 milijardi lignita i 1,103 milijardi mrkog uglja. Iz ovoga se može vidjeti da su potrebna velika sredstva kako bi se istražile potencijalne rezerve, odnosno prevele u višu kategoriju. Učešće bilansnih rezervi je svega 45,0 %, vanbilansnih 11,0 %, dok je učešće potencijalnih rezervi oko 44,0 %. Sve ovo navodi na zaključak da je veoma nizak stepen istraženosti. Kada je riječ o mrkom uglju opšta je ocjena da je relativno dobrog kvaliteta, sa prosječnom toplotnim vrijednošću od oko 16.750 kJ/kg, (odnosi se na čist ugalj), medjutim, sadržaj ukupnog sumpora je vrlo visok i kreće se u rasponui od 2-6 %, dok je sadržaj pepela od 10-45%, procenat vlage od 10-25 %. Ovako visok sadržaj ukupnog sumpora sužava područje upotrebe, naročito kada je u pitanju dug transport, odnosno ispunjenje strogih ekoloških propisa. Ovo sve navodi na zaključak da kod gradnje novih termoelektrana, koje bi upotrebljavale ovaj ugalj, mora se računati i na obaveznu izgradnju postrojenja za odsumporavanje dimnih gasova.Što se tiče lignita može se reći da je ova vrsta uglja prilično dobrog kvaliteta, čiji je raspon donje toplotne moći u granicama od 7500 do 12600 kJ/kg, procenat ukupnog sumpora od 0,2 do 1,0 %, sadržaj pepela od 5-9 % i vlage 35-53 %: Navedene karakteristike omogućuju ovoj vrsti ugljeva široko područje primjene.Najznačajnije rezerve mrkog uglja se nalaze u Srednjebosanskim ležištima (ležišta: Kakanj, Zenica, Breza i Bila), Banovićkom ugljenom basenu (Seona, Centralni basen, Đurdjevik), Ugljevičko-Pribojskom ugljenom basenu, sa ležištima: Bogutovo Selo, Ugljevik-Istok, Glinje, Mezgraja, Tobut-Peljave, zatim ležištima na lokalitetu Miljevina i Kamengrad, dok su najznačajnija ležišta lignita u basenima: Kreka, Gacko, Stanari, Bugojno, Livno i Duvno. Ovi baseni predstavljaju sadašnji i budući potencijal za termoenergetske potrebe. Iz tabela 10 i 11 vidi se da su rezerve energetskog uglja skoncentrisane u nekoliko ugljenih basena, i to kod mrkog uglja u samo četiri, a kod lignita u šest ugljenih basena.

Zaklju~akMeđusobno usklađenim akcionim entitetskim planovima za restruktuiranje elektroenergetskog sektora i zakonima donesenim na državnom i entitetskim nivoima uspostavljen je okvir za pravnu, regulatornu i institucionalnu reformu elektroenrgetskog sektora u Bosni i

[009]

Tabela 7

Tabela 8

Tabela 9

energija

Hercegovini. Takođe, identifi kovani su subjekti nadležni za njeno sprovođenje.Sagledavanjem potreba za električnom energijom, u analiziranom periodu, uz planirani rast potrošnje po godinama, do 2020. godine, te analizom raspoloživih resursa, projektovani su značajni, kako novi, tako i revitalizovani postojeći objekti za proizvodnju električne energije. Zadatak tih objekata je prevashodno zadovoljenje domaćeg konzuma, a zatim i izvoz značajnih količina električne energije. Takođe, treba imati na umu da Bosanskohercegovački ugljeni baseni raspolažu danas sa preko 1,65.milijardi tona eksploatacionih rezervi. Na osnovu tih rezervi izgradeni su značajni kapaciteti za proizvodnju uglja. Ti kapaciteti su preduslovi za dalji razvoj sirovinske osnove uglja i izgradnju mnogih objekata zasnovanih na ovom energetskom resursu jer ako se sagledaju današnji raspoloživi kapaciteti na uglju može se vidjeti da isti iznose cca 49 %. od onih iz 1991. godine tako da bi , prema predviđanjima iz Studije energetskog sektora BiH, ukupna proizvodnja uglja u BiH dostigla predratni obim tek 2015. godine.

Soluziona, Španjolska, Ekonomski institut Banjaluka, BiH Rudarski institut Tuzla, BiH, febr. 2008.

2. Stanje rezervi ležišta i kapaciteta rudarskih objekata Republike Srpske, Medunarodni naucno-strucni skup „Stanje i perspektive razvoja rudnika uglja u Bosni i Hercegovini“. // Kakanj, 2002.

3. Studija podobnosti o rudnicima uglja srednje Bosne i Tuzle za Federaciju Bosne i Hercegovine. // Marston&Marston, Inc St.Luis, Missouri, 2000.

4. Studija troškova u proizvodnji uglja i energije iz trermoelektrana u Bosni i Hrecegovini.// Bechtel Consulting, 1997.

5. Strategija razvoja energetike Republike Srpske od 1995. do 2020. godine sa osvrtom na kontinuitet u daljnoj buducnosti. // Energoprojekt Entel doo, Beograd, 1997.

Tabela 10

Tabela 10

Literatura1. Studija energetskog sektora u

Bosni i Hercegovini, Nacrt konačnog izvještaja// Konzorcij: Energetski institut Hrvoje Požar, Hrvatska,

[010]

energija

[011]

Osnovni ciljevi buduće poslovne politike EPS-a

pouzdano snadbevanje kupaca električnom energijom po ekonomski najpovoljnijim i ekološki najprihvatljivim uslovima ekonomsko-fi nansijska, tehničko-tehnološka, organizaciona i upravljačka konsolidacija; očuvanje integriteta Kompanije i postepena vlasnička transformacija kroz strateško partnerstvo za nove proizvodne kapacitete; uključivanje u regionalno tržište električne energije i uspostavljanje uticajne pozicije u regionu unapređenje mera zaštite životne sredine u skladu sa nacionalnom i regulativom EU

Osnovni razlozi za pokretanje intenzivnog investicionog ciklusa

zadovoljenje rasta potrošnje električne energije veća efi kasnost i povećanje konkurentnosti zamena starih, neefi kasnih postrojenja koja su iscrpla radni vek

zadovoljenje ekoloških standarda

Prognoza potrošnje električne energije u Srbiji

prosečna stopa porasta od oko 1,3 % godišnje u periodu do 2025 (slika 1)

Dinamika izlaska starih i ulaska novih kapaciteta Izlaze:2009. god TE Kolubara A4 - 20 MW2011. god TE Kolubara A2 - 20 MW2012. god TE Kolubara A1 - 20 MW

2015. god TE Kolubara A3 - 58 MW2016. god TE Morava - 90 MW2017. god TE Kostolac A1 - 90 MW2019. god TE Kolubara A5 - 90 MW2020. god TENT A1 -180 MW2022. god TENT A2 -180 MW2024. god TE Kostolac A2 -180 MWUlaze:2011. god Novi Sad B - 380 MW2014. god TE Kolubara B - 700 MW2015. god HE Gornja Drina - 300 MW2016. god TENT B3 - 700 MW2017. god TE Kolubara A6 - 200 MW2019. god TE Kostolac B3 - 300 MWBilans snage i energije - za verovatnoću dotoka 50% (slika 2)Bilans snage i energije - za verovatnoću dotoka 70% (slika 3)Prosečna specifi čna potrošnja energije TE EPS-a– za verovatnoću dotoka 50% (slika 4)

JP ELEKTROPRIVREDA SRBIJEDirekcija ya strategiju i investicije, Beograd

UDC:620.9.001(497.11) "2015"

Najznačajniji investicioni projekti planirani u JP Elektroprivreda Srbije u periodu do 2015.

Slika 1

energija

Prioritetni projekti u proizvodne kapaciteteI. TE Kolubara B

- 700 MW (2x350 MW) na lignitII. TE Nikola Tesla B3 (TENT B3)

- 700 MW na lignit sa nadkritičnim parametrima

III. Rekonstrukcija/ izgradnja novog bloka u TE-TO Novi Sad- optimizacija postojeće TE-TO i/

ili izgradnja novog postrojenja snage do 450 MW na gas – kombinovana proizvodnja toplotne i električne energije u kombinovanom gasno-parnom ciklusu

IV. Izgradnja HE Gornja Drinadve ili više hidroelektrana na gornjem delu Drine i Sutjesci ukupne snage 200 do 300 M

I. TE Kolubara B Lokacija: - Lazarevac/Ub

Vrsta projekta:- završetak izgradnje- zajedničko investiranje sa

inostranim partnerom izabranim u tenderskoj proceduri u završetak i eksploataciju TE Kolubara B

Opis projekta:- 700 MW (2x350 MW)

termoelektrana na lignit sa zatvorenim sistemom za hlađenje, uz optimizaciju predviđenih tehničkih rešenja u skladu sa raspoloživim savremenim rešenjima i ispunjenje svih zahteva vezanih za zaštitu životne sredine

Slika 2

Slika 3

Izvori fi nansiranja:- sredstva inostranog partnera, krediti

Ukupna vrednost projekta:- oko 750 miliona Eura

II. TE Nikola Tesla B3 Lokacija:- Obrenovac

Vrsta projekta :- Greenfi eld / proširenje postojeće

lokacije TENT B- zajedničko investiranje sa

inostranim partnerom izabranim u tenderskoj proceduri u završetak i eksploataciju TENT B3

[012]

energija

Opis projekta:- 700 MW termoelektrana na lignit

sa nadkritičnim parametrima sa otvorenim sistemom za hlađenje uz ispunjenje svih zahteva vezanih za zaštitu životne sredine

Izvori fi nansiranja:- sredstva inostranog partnera,

sredstva EPS, krediti Ukupna vrednost projekta:- oko 900 miliona Eura

III. TE-TO Novi Sad Lokacija: - Novi Sad

Vrsta projekta :- rekonstrukcija/ izgradnja novog

bloka - pored EPS i Grada Novog

Sada, kao lokalnog partnera, projekat zahteva i učešće inostranog partnera koji će biti izabran u tenderskoj proceduri

Opis projekta:- optimizacija postojeće TE-TO i/

ili izgradnja novog postrojenja snage do 450 MW na gas – kombinovana proizvodnja toplotne i električne energije u kombinovanom gasno-parnom ciklusu

Izvori fi nansiranja:- sredstva inostranog partnera,

krediti Ukupna vrednost projekta:- 120 – 160 miliona Eura

IV. HE Gornja Drina Lokacija:

- Republika Srpska, Foča

Vrsta projekta :- izgradnja novih (dve ili više)

HE na gornjem toku Drine i na Sutjesci ukupne snage 200 – 300 MW

Opis projekta:- izgradnja HE Buk Bjela sa kotom

normalnog uspora do granice sa Crnom Gorom (432,40 mnm) i HE Foča kao kompenzacionim bazenom. Moguća je i realizacija HE Paunci nizvodno od Foče i HE Sutjeska na Sutjesci

Izvori fi nansiranja:- JP EPS, MH EPRS, HE na Drini,

krediti Ukupna vrednost projekta:- 300 – 400 miliona Eura

Investicione aktivnosti do 2015.

Ostali investicioni projekti - u ukupnom obimu prevazilaze 6,5 milijardi Evra:

investicioni projekti za održavanje tekuće proizvodnje i unapređenje životne sredine investicioni projekti za povećanje proizvodnje (novi kapaciteti)

investicioni projekti za dalje unapređenje poslovanja kompanije (IS, TSU, PIS, TK i dr.)

investicioni projekti za dalji razvoj trgovine električnom energijom

investicioni projekti za razvoj trgovine GHG gasovima

Potrebna investiciona sredstva i izvori fi nansiranja (slika 5)

Investicije za održavanje tekuće proizvodnje i unapređenje životne sredine (4.096,4 mil. €)

- revitalizalizacija h idroelektrana 393,6

- revitalizacija termoelektrana 1.329,5

- revitalizacija i zamena kopova 1.495,1

- modernizacija ED mreže i zamena brojila 746,2

- ostala ulaganja (TSU, PIS i dr.) 132,0

Investicije za povećanje proizvodnje (novi kapaciteti) 4.940,5 MIL Evra

- hidroelektrane 635,1- termoelektrane 2.510,0- rudnici uglja 600,1- ostala ulaganja 1.195,3

Izvori fi nansiranja investicija:9.036,9 MIL EVRA

- sredstva EPS-a 2.989,7- eksproprijacija

(sredstva EPS-a) 329,2- eksproprijacija

(sredstva EPS-a) 98,4 - krediti i očekivani krediti 3.762,5 - donacije 41,6- sredstva potrošača,

ekološka taksa 23,3- strateški partner 1.792,1

Promena krajnje cene električne energije - potrošačka simulacija

Ecent/kWh (ADL) Godina2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 20155.2 5.7 6.4 7.3 8.3 8.9 9.9 11.3

Ovakav scenario generiše: “FER vrednost” EPS od cca. 6,5 mrld. Evra

Slika 4

[013]

energijaSl

ika

5 Mogućnost realizacije prikazanog razvojnog plana

Investicione aktivnosti posle 2015.Nastavak značajnih investicija - u ukupnom obimu prevazilaze 3 milijarde Evra:

izgradnja termokapaciteta u PD Kostolac

izgradnja termokapaciteta za korišćenje loših partija uglja u PD Kolubara;

izgradnja termokapaciteta na Kosovu i Metohiji na bazi uglja u PK Belaćevac i PK Dobro Selo

ekspanzija korišćenja obnovljivih izvora energije

nove tehnologije iz oblasti zaštite životne sredine

Realizovani projekti u regionu

projekti gde je strana elektroprivredna kompanija vlasnik značajnog dela (najčešće većinskog) ili pak jedini vlasnik postrojenja za proizvodnju električne energije u regionu:

Bugarska: ČEZ (TE Varna, 1.260 MW, 100 % vlasnik); ENEL (TE Marica Istok III, 840 MW, 100 % vlasnik); AES (TE Marica Istok I, 600 MW, 70 % vlasnik); HSE (CHP Rousse, 100 % vlasnik

Mađarska: AES-ovo preduzeće AES Tisza Erômû Kft. (100% vlasništvo AES) sa elektranama TPP Tisza II, 860 MW; TPP Borsod, 96MW; TPP Tiszapalkonya, 116MW;

Hrvatska: RWE (TE Plomin 2, 210 MW, 50 % vlasnik).

Zašto izgradnja objekata kroz strateška partnerstva?

značajan korak u otvaranju tržišta električne energije, odnosno uključivanje u to tržište velikih nezavisnih proizvođača električne energije sa sedištem u zemlji

dobro strateško partnerstvo, osim fi nansijske podrške, donosi i transfer znanja, novih tehnologija i podizanje opšte poslovne efi kasnosti celog JP EPS

doprinosi očuvanju integriteta EPS-a i vodi ka liderskoj poziciji na budućem regionalnom tržištu, kao i mogućnosti zajedničkog nastupa u izgradnji novih kapaciteta u regionu test budućeg potencijalnog strateškog partnerstva za ceo JP EPS

doprinosi značajnom skraćenju

[014]

energija

Slika 4 Veliki broj projekata u regionu u fazi pripreme

[015]

energija

rokova završetka strateških projekata imajući u vidu veoma sužene mogućnosti velikih proizvođača elektroenergetske opreme u uslovima intenzivnog investicionog ciklusa u svetu model strateških partnerstava podiže opšti investicioni rejting JP EPS koji poslednjih 15-20 godina nije imao ozbiljnijih investicionih aktivnosti u smislu nivoa stručnosti i savremenih dostignuća za obavljanje ovakvih poslova.

Goran \uki}Elektrotehnički fakultet, BeogradMarko Mati}Saturn Electric d.o.o., Beograd

UDC:621.317.38 : 67/69.004.163

Ušteda električne energije u okviru velikih industrijskih potrošača

1. Elektri~ni (asinhroni) motori najve}i potroša~i elektri~ne energije u industriji

Rezultati ispitivanja mnogih studija iz oblasti energetske efi kasnosti došli su do sličnih zaključaka u pogledu najvećih potrošača u industriji. Električni motori čine više od 75% ukupne potrošnje električne energije u industriji. Više od 95% ovih motora su asinhroni motori, a ostatak su mašine jednosmerne struje, sinhrone mašine i slično. Oko 80% asinhronih motora nalazi se u neregulisanim pogonima (pogoni sa konstantnom brzinom obrtanja). Preostalih 20% pripada regulisanim pogonima (pogoni sa promenjljivom brzinom obrtanja). Svi motori su po pravilu predimenzionisani (20-50)%, što

upućuje na činjenicu da su mogućnosti uštede upotrebom odgovarajućih uređaja za optimizaciju njihovog rada izuzetne. Proizilazi da približno polovina od ukupno proizvedene električne energije odlazi na asinhrone motore koji rade u neregulisanim elektromotornim pogonima tako da ovi motori, sa energetskog aspekta i aspekta uštede električne energije, zaslužuju izuzetan tretman u okviru industrijskih proizvodnih procesa.

2. Mere (metode) za u{tedu elektri~ne energije

Ostvarivanje uštede u potrošnji električne energije moguće je obaviti na nekoliko polja:

Rezime

Energetska efi kasnost jeste svakako jedan od najintenzivnijih energetskih trendova u svetu, a naročito u Evropi u protekloj deceniji. Ovaj trend rezultovao je osnivanjem Agencija za energetsku efi kasnost u gotovo svim zemljama Evropske Unije sa ukupnim prosečnim godišnjim budžetima koji se mere milijardama dolara. Osnovni zadatak ovih Agencija, pogotovo kada je proizvodna delatnost u pitanju, jeste da formiraju i podstaknu razvoj i prihvatanje novog načina razmišljanja i pristupa kada je u pitanju konkurentnost na tržištu kao i stalni zahtevi za povećanjem profi ta. Neke od mogućnosti uštede energije u industriji su:ušteda u potrošnji električne energije,

defi nisanje zahteva za grejanje i hlađenje u tehnološkom postupku i ispitivanje mogućnosti njihovog uparivanja (toplotu koja se generiše u procesima hlađenja iskoristiti u procesima grejanja i obrnuto),

smanjenje gubitaka boljom izolacijom, uvođenje savremenijih i boljih tehnoloških procedura, zamena tečnih goriva gasom, korišćenje obnovljivih izvora energije i druge.

U ovom radu akcenat je stavljen na glavne mere koje je moguće preduzimati u okviru velikih industrijskih potrošača električne energije (mada su one generalnog karaktera i mogu se primenjivati kod svih potrošača električne energije) da bi se ostvarila ušteda ovog najfi nijeg energenta a istovremeno povećala konkurentnost kompanije na tržištu iskazana kroz konkurentnije cene proizvoda.Ključne reči: ušteda električne energije, vršna snaga, aktivna energije, reaktivna energija, optimizatori rada asinhronih motora, kompenzacija reaktivne energije, frekventni regulatori, objedinjeno merenje električne energije.

[016]

energija

1. ušteda (smanjenje) vršne snage,2. ušteda potrošnje aktivne energije,3. ušteda potrošnje reaktivne

energije,4. uštede usled suzbijanja štetnih

posledica viših harmonika i ostalih oblika degradacije kvaliteta električne energije.

Sve mere, metode i postupke moguće je podeliti u tri kategorije:

1. trenutne (daju trenutne rezultate),2. kratkoročne (daju rezultate na

vremenskom horizontu 1-3 godine),

3. dugoročne (daju rezultate nakon više od 3 godine).

2.1. Mogu~nosti u{tede vr{ne snage

2.1.1. Metode koje daju trenutne rezultate

1. Objedinjeno merenje električne energije ukoliko za to postoje uslovi. Ovde treba imati u vidu da je objedinjavanje merenja električne energije dozvoljeno u okviru onih naponskih nivoa koji imaju jedinstvene cene električne energije.

2. Kada su neregulisani pogoni u pitanju tada je instalacija optimizatora rada asinhronih motora sa funkcijama soft-starta i soft-stopa svakako jedna od metoda koja daje trenutne rezultate jer je uticaj starta asinhronih motora izuzetno veliki na angažovanu snagu usled izrazito velike vrednosti polazne struje asinhronih motora.

3. Kada su regulisani pogoni u pitanju tada je svakako značajna upotreba frekventnih regulatora koji prilagođavajući brzinu asinhronih motora zahtevima procesa indirektno utiču na smanjenje angažovane snage. Ovi regulatori imaju i funkcije mekog starta i stopa tako da umanjuju i uticaj starta asinhronih motora na vrednost angažovane snage u postrojenju. Iz ovoga sledi zaključak da je preporučljivo preći na frekventne regulatore i asinhrone motore gde god je to moguće u regulisanim pogonima, a izbaciti jednosmerne motore i njihove regulatore iz upotrebe.

4. Ako su u slučaju regulisanih pogona korišćeni jednosmerni motori, česta situacija u praksi je da su ovi motori u dobrom stanju ali su regulatori uglavnom analogni i najćešće u lošem stanju.

Optimizacija rada ovih pogona se često može ostvariti zadržavanjem postojećih jednosmernih motora i zamenom starih regulatora digitalnim regulatorima. U slučaju da su jednosmerni motori u lošem stanju onda se isti moraju menjati asinhronim motorima koji treba da su opremljeni frekventnim regulatorima.

5. Kontrola uključivanja velikih potrošača, tj. obezbeđivanje sukcesivnog uključenja velikih asinhronih motora na 15-minutnom intervalu.

6. Upotreba efi kasnijeg sistema osvetljenja i korišćenje uređaja koji omogućavaju smanjenje strujnog vrha pri uključivanju sistema rasvete.

2.1.2. Kratkoro~ne i dugoro~ne metode

Sprovođenje detaljnih merenja potrošnje angažovane snage na vremenskom horizontu od 1 do 5 godina po svakom izvodu iz TS (transformatorske stanice) i donošenje mera u skladu sa dobijenim rezultatima. Merenja treba raditi kontinuirano kako bi se pratili efekti preduzetih mera koje mogu biti: dislokacija određenih potrošača, pravljenje plana ukljičivanja i isključivanja potrošača, promene u procesu proizvodnje, kaskadna realizacija pogona sa električnim, najčešće asinhronim motorima gde je to moguće (npr. 2 x 45kW ili 55kW+30kW umesto jednog motora od 90kW) itd. Za potrebe internog merenja električne energije na svim bitnim lokacijama neophodno je realizovati i prateći sistem komunikacije i centralnog mesta na kojem će se sva merenja pohranjivati (SCADA sistem potrošnje električne energije). Obzirom na svetski trend da pokazatelji kvaliteta električne energije postaju sastavni deo savremenih svetskih tarifnih sistema (veoma je važno da se ispoštuje i kvalitet isporučene električne energije a ne samo kvantitet kao što je to bio slučaj do sada), i kao takvi obavezujući i za distributere i za potrošače električne energije, preporučljivo je za sva merenja koristiti uređaje koji omogućavaju i registraciju svih standardnih merljivih pokazatelja kvaliteta električne energije.

2.2. Mogu}nosti u{tede aktivne energije


1. Kod neregulisanih pogona moguće je koristiti odgovarajuće optimizatore rada asinhronih

motora koji na osnovu zahtevanog opterećenja na vratilu vrše prilagođavanje preuzete aktivne energije iz mreže.

2. Kod regulisanih pogona svakako je ponovo značajno naglasiti upotrebu frekventnih regulatora (za asinhrone motore) i digitalnih regulatora (za postojeće pogone jednosmerne struje u kojima su motori u dobrom stanju) koji obezbeđuju maksimalnu uštedu aktivne energije.

3. Kod sistema rasvete neophodno je koristiti uređaje za optimizaciju rada ovih sistema, u smislu smanjenja aktivne energije koju ovi sistemi troše.


Sprovođenje detaljnih merenja potrošnje aktivne energije na vremenskom horizontu od 1 do 5 godina po svakom izvodu iz TS (transformatorske stanice) i donošenje mera u skladu sa dobijenim rezultatima. Merenja treba raditi kontinuirano kako bi se pratili efekti preduzetih mera koje mogu biti: racionalnije, tj. ravnomernije planiranje procesa proizvodnje koje uzima u obzir broj i vreme rada pojedinih mašina, tj. delova proizvodnog procesa, mogućnost uvođenja treće smene, razvoj optimizacionih algoritama za upravljanje proizvodnjom itd. Takođe, treba voditi računa da se u sistemima rasvete prelazi na one svetiljke koje imaju veći stepen korisnog dejstva, odnosno koje obezbeđuju isti stepen osvetljenosti uz manji utrošak aktivne energije.

2.3. Mogu~nosti u{tede reaktivne energije


1. Kod neregulisanih pogona moguće je korisiti odgovarajuće optimizatore rada asinhronih motora koji popravljaju faktor snage pogona kod podopterećenih i predimenzionisanih motora, a samim tim prave i uštedu u potrošnji reaktivne energije.

2. Kod regulisanih pogona svakako je ponovo značajno naglasiti upotrebu frekventnih regulatora koji obezbeđuju minimiziranje potreba za reaktivnom energijom.

3. Upotreba baterija za kompenzaciju reaktivne energije sa automatskom regulacijom, tako da se iskompenzuje ono što preostane nakon primene

[017]

energijaoptimizatora rada neregulisanih asinhronih motora i frekventnih regulatora (treba imati u vidu da novi tarifni sistem uvodi plaćanje celokupno preuzete reaktivne energije bez obzira na vrednost faktora snage, tačnije, za cos ϕ<0.95 jedinična cena je dvostruko veća).

4. Kod sistema rasvete neophodno je koristiti uređaje za optimizaciju rada ovih sistema, u smislu smanjenja reaktivne energije koju ovi sistemi troše.


U principu, ovde se preporučuje procedura koja je defi nisana i za uštede u aktivnoj energiji, posmatrano sa aspekta kratkoročnih i dugoročnih mera.

2.4. Preporuke

1. Nabavka i ugradnja baterija za kompenzaciju reaktivne energije na svim lokacijama koje se pokažu optimalnim u studiji razmatranja različitih varijanti rešenja za eliminaciju preuzete reaktivne energije.

2. Nabavka i ugradnja optimizatora rada asinhronih motora u neregulisanim pogonima na unapred defi nisanim velikim potrošačima ili onim potrošačima koji imaju najveći broj radnih sati u toku godine. Ovi optimizatori moraju da imaju mogućnost popravke faktora snage, uštede u potrošnji aktivne i reaktivne energije kao i funkcije soft-starta i soft-stopa.

3. Nabavka i ugradnja kvalimetara-uređaja koji osim registracije vršnog opterećenja i merenja utroška aktivne i reaktivne energije imaju i mogućnost merenja svih pokazatelja kvaliteta električne energije, na svakom izvodu transformatorskih stanica iz kojih se industrijski potrošač

napaja električnom energijom, sa mogućnošću merenja svih neophodnih električnih parametara: struje, naponi, aktivne/reaktivne energije, faktora snage, harmonika (naponskih i strujnih), propada i preskoka napona, fl ikera. Ovi sistemi treba da imaju mogućnost on-line merenja sa odgovarajućom rezolucijom kao i mogućnost beleženja podataka na PC računaru i njihovo grafi čko prikazivanje (na PC i lokalni SCADA sistem ovi uređaji treba da se povezuju posredstvom adekvatnih komunikacionih jedinica). Na ovaj način pravi se baza za kontinualno praćenje potrošnje i kvaliteta električne energije u kompaniji kao i uvid u elektroenergetski bilans kompanije ali i praćenje efekata primenjenih trenutnih, kratkoročnih i dugoročnih mera u cilju smanjenja potrošnje električne energije.

4. Prelazak na merenje potrošnje električne energije sa strane višeg napona i njegovo objedinjavanje.

5. Prelazak na frekventne regulatore sa posebnom funkcijom Save energy gde god je to moguće u regulisanim pogonima.

6. Izgradnja jedinstvenog SCADA tehničko-poslovnog sistema na nivou kompanije u okviru kojeg će biti objedinjene sve bitne funkcije: tehnološki procesi, nadzor nad potrošnjom električne energije i drugih energenata, sistem menadžmenta.

Bitne pretpostavke predmetne analize su:• Da predloženi projekti uštede

električne energije neće biti realizovani pre aprila 2008. godine kada se planira rast cena električne energije i početak primene novog Tarifnog sistema.

• Da će cena električne energije i u skorijoj budućnosti imati trend

rasta do dostizanja ekonomske vrednosti koja se ima u okviru zapadnoevropske interkonekcije UCTE.

• Da će u narednih 5 godina svi predmetni električni, prevashodno asinhroni motori morati barem jednom da budu servisirani. Dosadašnje iskustvo sa ugradnjom i korišćenjem napred predloženih mera jeste da se vreme između dva servisa asinhronih motora produžava za oko (60-70)%.

• Da će u narednih 5 godina 50% kontaktora u glavnim strujnim kolima asinhronih motora morati barem jednom da se zamene. Dosadašnje iskustvo sa primenom napred izloženih postupaka jeste da se vreme između dva servisa/zamene kontaktora produžava za oko 100%.

3. Primeri

3.1. Primer 1: Analiza efekata primene optimizatora rada asinhronih motorau neregulisanim elektromotornim pogonima, uređaja tipa Powerboss, na jednoj od proizvodnih linija kompanije Sintelon opremljene sa 22 asinhrona motora pojedinačnih snaga 11kW koji pokreću ventilatorePrimer 1 demonstrira jedan deo proizvodnog procesa kojeg čini sistem za sušenje čiji je esencijalni deo, u smislu potrošnje električne energije, pogon od 22 identična asinhrona motora koji pogone ventilatore, instalisanih snaga po 11kW. Svi ovi motori su sa konstantnom brzinom obrtanja. U tabeli 1 su dati osnovni podaci o predmetnim asinhronim motorima, kao i njihovim opterećenjima i vremenima trajanja više i niže tarife.Obzirom na defi nisane karakteristike predmetnog pogona mera koja se preporučuje za uštedu električne energije u konkretnom slučaju je primena optimizatora rada asinhronog motora sa konstantnom brzinom obrtanja, odnosno uređaja tipa Powerboss.

U tabeli 2 date su okvirne, pretpostavljene ali za ovakvu vrstu pogona uobičajene karakteristične veličine o očekivanim uštedama u aktivnoj snazi, reaktivnoj snazi, angažovanoj snazi koje bi se postigle ugradnjom uređaja Powerboss na ventilatorskim asinhronim motorima 11kW.U tabeli 3 je dat prikaz očekivanih fi nansijskih efekata koji bi bili posledica ostvarenih ušteda u električnoj

Tabela 1 Osnovni podaci o asinhronim motorima i njihovim opterećenjima, 11kW, koji pokreću ventilatore, kao i o vremenima trajanja višeg i nižeg tarifnog stava shodno važećem Tarifnom sistemu Republike Srbije

[018]

energija

energiji, a koji su procenjeni na bazi pretpostavke o ugradnji uređaja Powerboss na liniji sa 22 ventilatorska asinhrona motora, pojedinačne snage svakog asinhronog motora od 11kW. Procene iznete u ovoj tabeli su izvedene pod pretpostavkom prethodno važećih cena aktivne i reaktivne energije i angažovane snage u Tarifnom sistemu Republike Srbije.Rezultati predmetne analize su dobijeni polazeći od sledećih, realno važećih pretpostavki:Da će u narednih 5 godina svi predmetni asinhroni motori morati barem jednom da budu servisirani. Dosadašnje iskustvo sa ugradnjom i korišćenjem uređaja tipa Powerboss jeste da se vreme između dva servisa asinhronih motora produžava za oko (60-70)%. Ako se ima u vidu da je vrednost servisa elektromotora nominalne snage 11kW približno oko 250eura tada se ugradnjom uređaja Powerboss može očekivati ušteda od oko približno 1000eura/godišnje po ovom osnovu.Da će u narednih 5 godina 50% kontaktora morati barem jednom da se zamene. Dosadašnje iskustvo sa ugradnjom uređaja Powerboss jeste da se vreme između dva servisa/zamene kontaktora produžava za oko 100%. Ako se dalje ima u vidu da je vrednost jednog kontaktora za asinhroni motor snage 11kW približno oko 50eura

(zavisno od kvaliteta kontaktora, i zavisno od proizvođača) tada se može očekivati ušteda i oko 250eura/godišnje i po ovom osnovu.Na osnovu sprovedene analize može se, na kraju, zaključiti da se ugradnjom pomenutih uređaja tipa Powerboss koji su optimizatori rada neregulisanih asinhronih motora, u slučaju pogona od 22 ventilatorska motora snage 11kW, očekuje približna ušteda u električnoj energiji od oko 5200eura do 5900eura na godišnjem nivou. Odnosno, očekivani period povraćaja sredstava uloženih u uređaje tipa Powerboss procenjuje se na oko (20-25) meseci (to je period u kome bi se ovakva investicija fi nansijski gledano ostvarila).Treba imati u vidu da je ovde sprovedena analiza samo po pitanju elektroenergetskog dela instalacija i cena električne energije. Zasigurno je da uređaji Powerboss svakako produžavaju životni vek mehaničkog podsistema kojeg asinhroni motori pogone i da samim tim doprinose uštedama i u ovom podistemu (ležajevi na primer, kaišnici, zupčanici, remenice i slično). Ove pozitivne efekte nije tako lako vrednovati u jednoj analizi ovog tipa kao što nije lako sagledati pozitivne fi nansijske efekte po pogone u celini koji se imaju zbog smanjene temperature asinhronih motora kada isti rade preko uređaja Powerboss. No jedno je sasvim sigurno, a to je da i zbog ovih

pozitivnih efekata uređaja Powerboss sredstva uložena u njihovu ugradnju se vraćaju u vremenskom periodu koji je sigurno kraći od onoga koji je procenjen samo na bazi električnih efekata.3.2. Primer 2: Analiza postojećeg stanja i mere predložene za realizaciju u prvoj fazi Programa za uštedu električne energije u kompaniji CentroproizvodDetaljnim uvidom u postojeće stanje potrošača električne energije ustanovljeno je

sledeće: industrijski potrošač preuzima električnu energiju na tri fi zički odvojena merna mesta, glavna potrošnja električne energije je skoncentrisana u asinhronim motorima većih snaga sa konstantnom brzinom obrtanja koji su uz to starije konstrukcije, i koji imaju izuzetno nizak faktor snage. Prema postojećim podacima o zastupljenosti motora u neregulisanim pogonima prema pojedinim mernim mestima predlažena je sledeću dinamika i prioritet u nabavci i instalaciji ovih optimizatora rada asinhronih motora u pogonima sa konstantnom brzinom obrtanja-uređaja tipa Powerboss:Merno mesto broj 3 (75-80% potrošača su asinhroni motori sa konstantnom brzinom obrtanja) – neophodno je izvršiti nabavku i instalaciju pomenutih uređaja na najvećim asinhronim motorima (1x125kW,1x90kW, 1x55kW, 1x45kW, 1x37kW i 2x22kW)Merno mesto broj 1 (60% potrošača su asinhroni motori sa konstantnom brzinom obrtanja) – nakon defi nisanja najvećih potrošača sledećim investicionim planom predvideti nabavku uređaja za ovu grupu potrošača.Merno mesto broj 2 (35% potrošača su asinhroni motori sa konstantnom brzinom obrtanja) – nakon defi nisanja najvećih potrošača objediniti ovu nabavku sa nabavkom uređaja za merno mesto broj 1.

Zbog izuzetno lošeg faktora snage predložena je i ugradnja baterija kondenzatora sa automatskom regulacijom za popravku faktora snage do 0.95 i više. Prema postojećim podacima o potrošnji reaktivne energije, a prema pojedinačnom mernom mestu, predlažena je sledeća dinamika i prioritet u instalaciji baterija kondenzatora:Merno mesto broj 3 – izuzetno loš faktor snage prosečne vrednosti 0.585. Predlog je

Tabela 2 Okvirne, pretpostavljene ali za ovakvu vrstu pogona uobičajene karakteristične veličine o očekivanim uštedama u aktivnoj snazi, reaktivnoj snazi, angažovanoj snazi koje bi se postigle ugradnjom uređaja Powerboss na ventilatorskim asinhronim motorima 11kW

Tabela 3 Očekivani fi nansijski efekti koji bi bili posledica ostvarenih ušteda u električnoj energiji, a koji su procenjeni na bazi pretpostavke o ugradnji uređaja Powerboss na liniji sa 22 ventilatorska asinhrona motora, pojedinačne snage svakog asinhronog motora od 11kW

[019]

energija

da se odmah izvrši nabavka baterija kondenzatora za popravku faktora snage do 0.95. Pošto je potrebno izkompenzovati oko 500kW snage orijentaciona vrednost ukupnog kapaciteta baterija kondenzatora za merno mesto broj 3 je: Qkap = P*(tan ϕ1 - tan ϕ2) = 500kW* (tan(cos-1 0.585)- tan(cos-1 0.95)) = 530kvar.Merno mesto broj 2 – postojeći faktor snage je 0.90. Predlog je da se zajedno sa nabavkom baterija kondenzatora za merno mesto broj 3 izvrši i nabavka potrebnog kapaciteta baterija kondenzatora za popravku faktora snage do 0.95 i na ovom mernom mestu. Pošto je i ovde potrebno izkompenzovati oko 500kW snage tada je orijentaciona vrednost ukupnog kapaciteta baterija kondenzatora za merno mesto broj 1: Qkap = P*(tan ϕ1 - tan ϕ2) = 500kW* (tan(cos-1 0,90)- tan(cos-1 0,95)) = 80kvar.Merno mesto broj 1 – nema potrebe za dodatnom instalacijom baterija kondenzatora u prvoj fazi jer je faktor snage veći od 0.95.U prvom koraku neophodno je realizovati i objedinjeno merenje električne energije sva tri postojeća merna mesta.Nakon realizacije opisane prve faze u realizaciji programa uštede električne energije, u drugoj fazi preporučuje se ugradnja adekvatnih kvalimetara na svakom izvodu transformatorske stanice sa mogućnošću merenja svih neophodnih električnih parametara: struja, napon, aktivna/reaktivna energija, faktor snage, harmonici naponski i strujni, propadi i preskoci napona, fl ikeri. Ovaj sistem treba da ima on-line merenje sa odgovarajućom rezolucijom kao i mogućnost beleženja podataka na PC računaru i njihovo grafi čko prikazivanje posredstvom adekvatne komunikacione jedinice. Na ovaj način pravila bi se baza za kontinualno praćenje potrošnje i kvaliteta električne energije u postrojenju i uvid u energetski bilans fabrike kao i praćenje efekata primenjenih mera u okviru prve faze a u cilju uštede u potrošnji električne energije. U ovoj, narednoj fazi predviđa se i prelazak na frekventne regulatore sa posebnom funkcijom Save energy gde god je to moguće u regulisanim pogonima uz postepeno napuštanje regulisanih DC pogona. Postepeno napuštanje DC pogona znači sledeće: tamo gde su ovi motori u lošem stanju potrebno je zameniti ih adekvatnim asinhronim motorima opremljenim frekventnim regulatorima sa Save energy funkcijom; u drugim situacijama gde su ovi motori u dobrom

stanju a postojeći analogni regulatori u lošem stanju i nefunkcionalni (što i jeste najčešći slučaj) predlaže se zamena postojećih regulatora novim digitalnim regulatorima koji takođe poseduju Save energy funkciju.

Zaklju~ak

U radu su taksativno i precizno defi nisane i grupisane moguće mere za uštedu električne energije velikih industrijskih potrošača kao i podela svih raspoloživih mera na one koje daju trenutne rezultate, zatim na one čiji su rezultati vidljivi nakon 12-36 meseci i na kraju one čiji su rezultati vidljivi nakon više od tri godine. Klasifi kacija svih mera za uštedu električne energije je koncipirana prema osnovnim elementima za naplatu električne energije: vršnoj snazi, aktivnoj i reaktivnoj energiji kao elementima koje trenutno važeći Tarifni sistem u našim uslovima tretira a naglasak je dodatno stavljen i na kvalitet električne energije kao stavku koju će Tarifni sistem u budućnosti morati uvažavati i kod nas (kao što je to slučaj već danas u razvijenim industrijskim zemljama u svetu). Rad ilustruje i dva jednostavna, ali u praksi često pristupna, primera u kontekstu analiziranih mera za uštedu električne energije velikih industrijskih potrošača.

Literatura1. G.Đukić, P.Živković, B.Dimitrijević,

Ušteda električne energije u industrijskim pogonima sa neregulisanim asinhronim motorima, Electra III, Međunarodna naučnoistraživačka konferencija o energetskoj efi kasnosti u energetici i upravljanju zaštitom okoline, str. 167-174, Herceg Novi, 01-11. jun 2004.

2. G.Đukić, N.Rajaković, P.Živković, Aspekti potencijalnih mogućnosti za uštedu električne energije u industriji, Energetika 2005, Zlatibor, 19-22. jun 2005.

3. G.Đukić, P.Živković, G.Ivanović, Analiza uštede električne energije u objektu MAXI diskontakorišćenjem uređaja Powerboss-Tehnički aspekti, Energetika 2006, Zlatibor, 28-31. mart 2006.

4. G.Đukić, P.Živković, G.Ivanović, Analiza uštede električne energije u objektu MAXI diskontakorišćenjem uređaja Powerboss-Ekonomski aspekti, Energetika 2006, Zlatibor, 28-31. mart 2006.

5. G.Đukić, Energetska efi kasnost u kompaniji Sintelon-aspekti uštede električne energije, septembar 2004.

[020]

energija

Nenad Markovi}Visoka tehnička škola strukovnih studija iz Uroševca, Zvečan dr Mom~ilo Vuji~i}Fakultet tehničkih nauka, Čačakdr Damnjan Radosavljevi}Visoka poslovno-tehnička škola strukovnih studija, Užice

UDC:621.331.1.001.4

Analiza elektrifi kacije gradskog područja sa različitim grupama potrošača

1. Uvod

Parametri prijemnika koje treba poznavati su aktivna snaga i faktor snage. Analiziraćemo pojedinačne grupe od „n” istih stambenih jedinica za različite tipove elektrifi kacije u domaćinstvu. Posmatraćemo kolektivna ili individualna stambena naselja sa daljinskim grejanjem; stambena naselja sa grejanjem TA pećima i električnim kotlovima.U proračunima niskonaponske mreže prijemnici se uvek modeluju s koefi cijentom jednovremenosti, koji defi niše vršno opterećenje grupe prijemnika u odnosu na zbir vršnih opterećenja pojedinačnih prijemnika. Prijemnici mogu biti jednofazni i trofazni.

2. Elektrifikacija doma}instva

Elektrifi kacija domaćinstva, prema načinu grejanja na električnu energiju, obuhvata sledeće grupe:Domaćinstvo sa termoakumulacionim (TA) pećima kojima se greju sve prostorije u stanu, vršna snaga po domaćinstvu (stanu) Pvrc1[kW / dom].

u godini prognoznog perioda 1) tprog.Domaćinstvo sa električnim kotlom 2) za etažno grejanje, vršna snaga po domaćinstvu (stanu) Pvrc2[kW / dom] u godini prognoznog perioda tprog.Domaćinstvo sa daljinskim 3) grejanjem i akumulacionim bojlerom snage do 3kW za pripremu tople vode, vršna snaga po domaćinstvu (stanu) Pvrb1[kW / dom] u godini prognoznog perioda tprog.Domaćinstvu na raspolaganju 4) električna energija, topla voda i gas. Grejanje stana i priprema sanitarne

Rezime

Еlektrifi kacija је izvršena prema nivoima i tipovima potrošača. Analizom su obuhvaćene sledeće kategorije elektrifi kacije domaćinstva: delimična, puna i totalna. Udeo potrošnje električne energije u domaćinstvima Srbije raste iz godine u godinu. U najvećoj meri zavisi od standarda stanovništva i načina zagrevanja stambenih prostorija. Analiziraju se pojedinačne grupe od “n” istih stambenih jedinica za različite tipove elektrifi kacije u domaćinstvu. Kategorija domaćinstvo iskazuje se vršnom snagom P vr domaćinstva i koefi cijentom jednovremenosti opterećenja “n” domaćinstava ja.

Ključne reči: Elektrifi kacija, vršna snaga, električna energija, koefi cijent jednovremenosti

Analysis of Urban Area Electrification with Differently Group of Consumer

Electrifi cation was conducted according to levels and types of consumers. Analysis comprised following categories of household electrifi cation: partial, full and total. Portion of electric energy consumption in households in Serbia has been increasing year and year out. It mostly depends on population’s standards and the way residential premises are heated. Analysis is performed on individual groups of “n” same residential units for different types of electrifi cation in the household. Household category is expressed by peak power P vr of household and simultaneous loading coeffi cient “n” of household ja.

Key words: Electrifi cation, peak power, electric energy, simultaneous coeffi cient.

tople vode su iz sistema daljinskog grejanja.

Za elektrifi kovano domaćinstvo vršna snaga po domaćinstvu (stanu) u godini prognoznog perioda tprog se proračunava pomoću sledećih obrazaca:a) Za delimično elektrifi kovano

domaćinstvo vršna snaga po domaćinstvu (stanu) Pvra u godini prognoznog perioda tprog se proračunava pomoću izraza:

gde je:Pvra [kW] - vršna snaga domaćinstva kategorije “a”;tprog - godina za koju se proračunava (prognozira) vršna snaga: tprog > 2000;Δp(%) - procenat prosečnog godišnjeg porasta vršne snage – deo koji ne zavisi od načina zagrevanja prostorija, i za naše uslove se usvaja: Δp = 1% do 2%, obično se usvaja srednja vrednost: Δp = 1,5%;PΣel.op - instalisana snaga trošila u domaćinstvu, za naše uslove je obično: PΣel.op = 14,75W.b) “Puna” elektrifi kacija domaćinstva,

prema pripremi tople vode, obuhvata dve grupe:

[021]

energija

jednovremenog vršnog opterećenja), unutar svake grupe od ni potrošača, po tipu (i):a) Za (n) domaćinstava sa daljinskim

grejanjem, tj. za delimičnu (na) i za punu elektrifi kaciju sa pripremom tople vode u akumulacionim ( )1bn ili protočnim bojlerima ( )2bn :

b) Za totalno elektrifi kovana “nc1” domaćinstava sa TA pećima:

c) Za totalno elektrifi kovana “ nc2” domaćinstva sa električnim kotlovima:

Maksimalno jednovremeno opterećenje grupa potrošača različitih tipova, u nekom delu konzuma:

gde je: jg - koefi cijent jednovremenosti između grupa potrošača.Koefi cijent jednovremenosti za grupu potrošača različitih snaga i različitih kategorija, može da se iskaže pomoću izraza:

gde je:Pvr [kW] - vršna snaga svakog pojedinačnog potrošača "i”, m - ukupan broj potrošača u kategoriji široka potrošnja i potrošnja na niskom naponu, izuzev domaćinstva.

b.1) Za domaćinstvo sa daljinskim grejanjem i akumulacionim bojlerom snage do 3 kW za pripremu tople vode, vršna snaga po domaćinstvu (stanu) Pvrb1 [kW / dom.] u godini prognoznog perioda tprog se proračunava pomoću izraza:

b.2) Za domaćinstvo sa daljinskim grejanjem i protočnim bojlerom (ima) za pripremu tople vode, vršna snaga po domaćinstvu (stanu) Pvrb2 [kW / dom.] u godini prognoznog perioda tprog se proračunava pomoću izraza:

gde je:Ppr.boj - instalisana snaga protočnog bojlera: Ppr.boj = 18 kW do Ppr.boj = 36 kW;

PΣel.op - instalisana snaga trošila u domaćinstvu:PΣel.op = 14,75 kW .c) “Totalna” elektrifi kacija, prema

načinu grejanja na električnu energiju, obuhvata dve grupe:

c.1) Za domaćinstvo sa termoakumulacionim (TA) pećima kojima se greju sve prostorije u stanu, vršna snaga po domaćinstvu (stanu) Pvrb1 [kW / dom.] u godini prognoznog perioda tprog se proračunava pomoću izraza:

gde je:PvrTA - deo vršne snage koji se koristi za zagrevanje stana (TA) pećima;Pvrb1 - deo vršne snage koji se koristi za ostale potrebe domaćinstva, osim za zagrevanje stana;PTA - instalisana snaga TA peći u stanu, ako se greju sve prostorije se računa: PTA = 9 kW; PΣel.op - instalisana snaga trošila u domaćinstvu:PΣel.op = 14,75W.c.2) Za domaćinstvo sa električnim kotlom za etažno grejanje, vršna snaga po domaćinstvu (stanu) Pvrc2 [kW / dom.] u godini prognoznog perioda tprog se proračunava pomoću izraza:

gde je:Pvrkot - deo vršne snage koji se koristi za zagrevanje stana električnim kotlom;Pvrb1 - deo vršne snage koji se koristi za ostale potrebe domaćinstva, osim za zagrevanje stana; Pel.ko.t - instalisana snaga električnog kotla u stanu, gde je najčešće: Pel.ko.t = 18 kW, 24 kW ili 30 kW ; PΣel.op - instalisana snaga trošila u domaćinstvu: PΣel.op = 14,75 kW.Primenom modifi kovanog Ruscovog obrasca, određuju se koefi cijenti jednovremenosti jn (koefi cijenti

Slika 1 Vršno opterećenje grupe domaćinstva

[022]

energija

Slika 2 Opterećenje grupe potrošača različitih tipova, od 6A do 25A, od 25A do 6A, uporedni dijagram za 2005.


3. Krive vršnog optere~enja

Metodologija izračunavanja vrednosti maksimalnog jednovremenog opterećenja, može dosta varirati od jednog do drugog domaćinstva, a prvenstveno zavisi od:

• standarda,• lokacije,• posedovanja limitatora, itd.

Pošto vršno opterećenje grupe domaćinstva ne nastupa istovremeno, ono se ne računa kao aritmetički zbir

svih vršnih opterećenja (slika 1).Odgovarajuće krive vršnog opterećenja grupe domaćinstva u zavisnosti od broja domaćinstva prikazane su na slikama 2, 3 i 4.

[023]

energija


4. Zaklju~akAnaliza pokazuje da postoji više faktora od uticaja. Na vršnu snagu najviše utiče: instalisana snaga prijemnika u domaćinstvu, koefi cijent jednovremenog vršnog opterećenja, vrsta i tip zagrevanja domaćinstva, kao i broj domaćinstava. Poslednjih godina u letnjem periodu vršna snaga dostiže vrednosti vršne snage zimskog perioda radi korišćenja raznih rashladnih uređaja, klima uređaja itd. Analiza je uređena na prvom dijagramu za snagu od 3.61 kW do 28.83 kW, na drugom dijagramu od 28.83 do 3.61, a na trećem dijagramu je urađena uporedna analiza.

5. Literatura

M. Tanasković, T. Bojković, D. [1] Perić: “Distribucija električne energije”, Akademska misao, Beograd, 2007.S. Maksimović, M. Tanasković: [2] Proračun vršne snage grupe potrošača primenom koefi cijenta jednovremenosti, Drugo jugoslovensko savetovanje o elektrodistributivnim mrežama, Herceg Novi, 2000.J. Nahman: “[3] Metode analize pouzdanosti elektroenergetskih sistema”, Naučna knjiga, Beograd 1992. godine.

M. Tanasković, T. Bojković, [4] D. Perić, V. Šiljkut: “Zbornik rešenih problema iz distribucije i prodaje električne energije”, Međunarodni akademski klub, Beograd, 2006. godine.

[024]

energija

dr Mom~ilo Vuji~i}Fakultet tehničkih nauka, ČačakNenad Markovi}Visoka tehnička škola strukovnih studija iz Uroševca, Zvečan dr Damnjan Radosavljevi}Visoka poslovno-tehnička škola strukovnih studija, Užice

UDC:621.316.1 : 697.27.001.4

Analiza totalne elektrifi kacije gradskog područja

1. UvodOsnovni parametri prijemnika koje treba poznavati su aktivna snaga i faktor snage. U proračunima niskonaponske mreže prijemnici se uvek modeluju s koefi cijentom jednovremenosti, koji defi niše vršno opterećenje grupe prijemnika u odnosu na zbir vršnih opterećenja pojedinačnih prijemnika. Prijemnici mogu biti jednofazni i trofazni.Proračun vršne snage konzumnog područja za totalnu elektrifi kaciju podrazumeva da su u domaćinstvu na raspolaganju termoakumlacione peći kojima se greju sve prostorije ili domaćinstva sa elktričnim kotlom za etažno grejanje.

2. Totalna elektrifikacija doma}instva

Totalna elektrifi kacija, prema načinu grejanja na električnu energiju, obuhvata dve grupe:

za domaćinstvo sa 1) termoakumulacionim (TA) pećima kojima se greju sve prostorije u stanu, vršna snaga po domaćinstvu (stanu) Pvrc1[kW / dom.] u godini prognoznog perioda tprog.Za domaćinstvo sa električnim 2) kotlom za etažno grejanje, vršna snaga po domaćinstvu (stanu) Pvrc2 [kW / dom.] u godini prognoznog perioda tprog..

Za totalno elektrifi kovano domaćinstvo vršna snaga po domaćinstvu (stanu) u godini prognoznog perioda progt se proračunava pomoću sledećih obrazaca:1) gde je:U[V] − nazivni napon mreže na koji su priključeni prijemnici – domaćinstva, 400 [ ]V ;

I[A] − struja opterećenja domaćinstva, od 6 A do 25 A;n − broj domaćinstva, od 25 do 300.2)

gde je:Pvr[kW] - vršna snaga domaćinstva;PTA[kW] - snaga termoakumulacione peći;tprog - godina za koju se proračunava (prognozira) vršna snaga: tprog > 2000;Δp(%) - procenat prosečnog godišnjeg porasta vršne snage – deo koji ne zavisi od načina zagrevanja prostorija, i za naše uslove se usvaja:

Δp = 1% do %2 , obično se usvaja srednja vrednost: Δp = 1,5%;PΣel.op - instalisana snaga prijemnika u domaćinstvu, od 4,16[kW] do 17,32[kW];ja - koefi cijent jednovremenog vršnog opterećenja;

3)

gde je:PΣel.op - instalisana snaga prijemnika u domaćinstvu, PΣel.op = 14,75[W].

Rezime

Totalna elektrifi kacija podrazumeva da su u domaćinstvu na raspolaganju termoa-kumulacione peći kojima se greju sve prostorije ili domaćinstva sa električnim kot-lom za etažno grejanje. Udeo potrošnje električne energije u domaćinstvima Srbije je iznad ukupne potrošnje električne energije. U najvećoj meri zavisi od standarda stanovništva i načina zagrevanja stambenih prostorija. Kategorija domaćinstvo iskazuje se vršnom snagom Pvr domaćinstva i koefi cijentom jednovremenosti opterećenja " n" domaćinstava ja.

Ključne reči: Elektrifi kacija, vršna snaga, električna energija, koefi cijent jednovre-menosti.

Analysis of Urban Area Total Electrification

Summary: Total electrifi cation implies that in households are present thermo ac-cumulating heaters, which heat all rooms or households with electric kettle for storey heating. Proportion of electric energy consumption in households in Serbia is above 60% of total consumption of electric energy. In most cases, it depends on population’s standards and the way the residential premises are heated. Household category is expressed by peak power Pvr of household and simultaneous loading coeffi cient " n" of household ja.

Key words: Electrifi cation, peak power, electric energy, simultaneous coeffi cient.

[025]

energija

4)

5)

gde je:PΣel.op - instalisana snaga prijemnika u domaćinstvu, od 4,16 [kW] kW do 17,32 [kW];ja - koefi cijent jednovremenog vršnog opterećenja, ja = 0,17 (računat na osnovu Ruscove formule).

3. Krive vršnog optere~enja

Različita metodologija izračunavanja vrednosti maksimalnog jednovremenog opterećenja, može dosta varirati od jednog do drugog domaćinstva, a prvenstveno zavisi od:

• standarda,• lokacije,• posedovanja limitatora, itd.

Pošto vršno opterećenje grupe domaćinstva ne nastupa istovremeno, ono se ne računa kao aritmetički zbir svih vršnih opterećenja (slika 1).

Odgovarajuće krive vršnog opterećenja grupe domaćinstva u zavisnosti od broja domaćinstva prikazane su na slikama 2 do 13.

4. Zaklju~ak

Promena vršne snage zavisi od više faktora. Analiza je pokazala da postoji više faktora od uticaja. Pretpostavljeno je da svi faktori na vršnu snagu utiču linearno. Na vršnu snagu utiče najviše: instalisana snaga prijemnika u domaćinstvu, koefi cijent jednovremenog vršnog opterećenja, vrsta i tip zagrevanja domaćinstva, kao i broj domaćinstava. Regresionom analizom utvrđeni su parametri faktora uticaja, na osnovu podataka iz perioda

Slika 1 Vršno opterećenje grupe domaćinstva

Slika 2 Vršno opterećenje (min, max) totalne elektrifi kacije za 2005. godinu grejanje el. kotlom, bojler 2 [kW], kotao 18 [kW]


od 10 godina. Poslednjih godina u letnjem periodu vršna snaga dostiže vrednosti vršne snage zimskog perioda radi korišćenja raznih rashladnih uređaja, klima uređaja itd.

5. Literatura

1. M. Tanasković, T. Bojković, D. Perić, “Distribucija električne energije”, Akademska misao, Beograd, 2007.

2. S. Maksimović, M. Tanasković, Proračun vršne snage grupe potrošača primenom koefi cijenta jednovremenosti, Drugo jugoslovensko savetovanje o elektrodistributivnim mrežama, Herceg Novi, 2000.

[026]

energija





[027]

energija

Slika 8 Vršno opterećenje (min, max) totalne elektrifi kacije za 2005. godinu grejanje TA pećima, bojler 2 [kW], kotao 3 [kW]




[028]

energija



3. J. Nahman, “Metode analize pouzdanosti elektroenergetskih sistema”, Naučna knjiga, Beograd 1992. godine.

4. M. Tanasković, T. Bojković, D. Perić, V. Šiljkut, “Zbornik rešenih problema iz distribucije i prodaje električne energije”, Međunarodni akademski klub, Beograd, 2006. godine

[029]

energija

D. StrebkovSveruski Institut Elektrifi kacije Poljoprivrede, MoskvaZ. Stevi}IHIS Istraživačko razvojni centar, BeogradP. RakinIHIS Naučno Tehnološki Park Zemun, Beograd

UDC:621.315 : 621.314 (470)

Realizacija Teslinih ideja o jednoprovodnom prenosu električne energije

Uvod

Problemi elektromagnetne bezbednosti i pouzdanosti elektrosnabdevanja mogu biti u potpunosti rešeni prelaskom sa vazdušnih dalekovoda na kablovske visokonaponske linije, ali kablovski sistemi prenosa električne energije na velika rastojanja danas su mogući samo sa jednosmernom strujom. U konkurenciju između sistema prenosa električne energije sa naizmeničnom i jednosmernom strujom može se umešati treća metoda – rezonantna talasovodna metoda prenosa električne energije na povišenim učestanostima, koju je prvi predložio Nikola Tesla 1897. godine. Devedesetih godina 20. veka u institutu VIESH (SSSR) uz pomoć uređaja S.V. Avramenka snage 100 W ispitana je jednoprovodna linija napravljena od ribolovačke strune prečnika 1 mm, na koju je u vakuumu bila nanesena prevlaka aluminijuma debljine 0,4 μm. Zatim je u svojstvu jednoprovodne linije bilo ispitano kvarcno optičko vlakno prečnika 1 mm sa zaštitnim slojem aluminijuma na površini. Posle toga D.S. Strebkov je predložio korišćenje vode, zemlje i oksidnih provodnih fi lmova na osnovi oksida indijuma i kalaja na površini stakla kao materijale za jednoprovodne linije. Izvedeni su uspešni ogledi i dobijeni patenti Ruske federacije. Dvehiljadite godine D.S. Strebkov je predložio korišćenje laserskog zraka u atmosferi kao i jonosferu za formiranje provodnog kanala u rezonantnom sistemu elektrosnabdevanja letelica i zemaljskih objekata. Kasnije je dobijen patent za korišćenje elektronskog snopa za prenos električne energije u kosmičkom prostoru i razmenu energije između kosmičkih objekata i Zemlje uz pomoć lasersko-elektronskih snopova koji idu u susret jedan drugom. 2001.

godine u VIESH je započet razvoj prototipa rezonantnog jednoprovodnog električnog sistema (RJES) snage 20 kW. Trebalo je razraditi elemente rezonantnih kola i metode njihovog podešavanja. Za dobijanje trofazne mreže 50 Hz na izlazu iz sistema dorađena je konstrukcija pretvarača učestanosti R-22 i urađene su tri jednofazne prigušnice za njegov rad sa sijalicama sa užarenim vlaknom kao opterećenjem. RJES snage 20 kW

uspešno je prošao ispitivanja u VIESH. Razrađena konstruktivna rešenja bila su osnova za realizaciju RJES snage 100 - 1000 kW.

Realizacija sistema

Rezonantna metoda prenosa električne energije jednim provodnikom ili kanalom ostvaruje se kapacitivnim strujama povišene učestanosti u režimu naponske rezonancije. Za

Rezime

Primenom savremenih tehničkih rešenja i opreme moguća je realizacija Teslinih ideja o jednoprovodnom sistemu prenosa električne energije. Projektovano je, izvedeno i ispitano više protipskih postrojenja snage 1kW i jedno postrojenje snage 20kW. Pretvarač učestanosti i modifi kovani Teslin transformator upotrebljeni su kao generator reaktivne kapacitivne struje visoke frekvencije. Reversni Teslin transformator i standardni pojačavač i invertor korišćeni su na strani potrošača radi reaktivne visokofrekventne električne struje u standardni oblik od 50-60Hz. U rezonantnom jednoprovodnom sistemu prenosa (RJES) se nisu pojavili nikakvi Džulovi gubici pri ispitivanju provodnika od sledećih materijala: bakar, aluminijum, volfram, ugljenik, voda, vlažno zemljište. Analiza teoretskih proračuna i eksperimantalnih podataka pokazuje da RJES može biti primenjen i za prenos energije sa mesta koje predstavlja obnovljiv izvor energije do velikog energetskog sistema, kao i za provodne linije koje povezuju različite delove obnovljivih energetskih sistema.

Abstract

Three different SWEPS has been constructed and tested: 230V, 10kV and 100kV each is of 1kW capacity, and one more of 20kW. Frequency converter and modifi ed Tesla transformer were applied at the generator site to generate high frequency reactive capacitive current. Reversal Tesla transformer and standard rectifi er and inverter were used at the consumer end to convert the reactive high frequency electric power to standard 50-60Hz electricity. It has been experimentally proved that SWEPS has quasi-superconductivity properties for reactive capacitive current fl ow along the line even at high operation temperature of the electric conductor. SWEPS has no resistance losses for following tested conductor materials of the line: copper, aluminum, steel, tungsten, carbon, water, damp soil. Analysis of theoretical calculations and experimental study shows that SWEPS can be applied both for energy transmission from renewable powerful generation site to a large energy system and for transmission lines connecting different parts of renewable energy system.

[030]

energija

prenos električne energije jednim provodnikom ili bilo kojim drugim provodnim medijumom od izvora energije ka prijemniku koristi se četvrt-talasni Teslin transformator, kod koga je, zahvaljujući parametrima namotaja i oscilatornog kola, izvod sekundarnog namotaja, koji je bliži primarnom namotaju, na nultom potencijalu, a drugi izvod je na visokom potencijalu koji u svakoj poluperiodi menja znak. Kod izvoda sa visokim potencijalom kondukciona električna struja i magnetno polje su jednaki nuli, a električno polje ima najveću vrednost. U tom slučaju električna energija se ne prenosi pomoću kondukcionih struja, već pomoću kapacitivne reaktivne struje u provodniku i struje pomeraja u prostoru oko provodnika, pri minimalnim gubicima. Prenos energije od generatora ka prijemniku u rezonantnom režimu, zahvaljujući podešenosti generator-linija-prijemnik sistema, daje mogućnost realizacije napajanja elektroopreme bez zatvorenog električnog kola. Za rad elektroopreme u jednoprovodnom režimu koriste se pretvarači učestanosti i prilagodni prijemni blok, koji se postavljaju na početku i na kraju jednoprovodne linije omogućavajući korišćenje obične elektroopreme za naizmeničnu ili jednosmernu struju, kako sa jedne, tako i sa druge strane voda. Napajanje električnog uređaja ostvaruje se priključenjem jednog od njegovih ulaznih priključaka na jedan od izvoda visokonaponske sekcije visokofrekventnog transformatora pretvarača koji je priključen na izvor naizmeničnog napona. Pri tom se podešavanjem učestanosti izvora naizmeničnog napona postiže rezonancija u formiranom električnom kolu [1,2]. Sistem se sastoji od generatora naizmeničnog napona sa podesivom frekvencijom, visokofrekventnog transformatora, čiji je jedan izvod visokonaponske sekcije izolovan, a drugi predviđen za predaju energije potrošaču.Na slici 1 prikazana je opšta šema sistema za realizaciju predloženog načina napajanja elektrotehničkih uređaja, a na slici 2 šema napajanja prijemnih uređaja za jednosmernu struju. Prema slici 1, na generator, 1, naizmeničnog napona sa podesivom frekvencijom priključen je niskonaponski namotaj, 2, visokofrekventnog transformatorskog pretvarača, 3. Jedan od izvoda, 4, njegovog visokonaponskog namotaja je izolovan, a drugi izvod, 5, je snabdeven sredstvom, 6, za spajanje sa jednim od ulaznih priključaka, 7, potrošača,

8, elektromagnetne energije. Drugi priključak, 9, potrošača je ili uzemljen, ili spojen sa kapacitivnošću, 10.U slučaju napajanja elektrotehničkih uređaja jednosmernom strujom (slika 2), na izvod, 5, priključuju se dve diode, 11, 12, koje obezbeđuju jedan smer struje u zatvorenoj konturi sa potrošačem. Paralelno diodama može biti priključen kondenzator, 13. Prema slici 1b, izvod, 5, spojen je sa primarnim namotajem transformatorskog pretvarača, 14, čiji je sekundarni namotaj spojen sa potrošačem ili neposredno, ili preko ispravljača, 15. Visokofrekventni transformatorski pretvarač čine koaksijalno namotani niskonaponski (spoljašnji) i visokonaponski (unutrašnji) namotaji na zajedničkom telu; u tom slučaju može biti korišćeno otvoreno magnetno jezgro. Način napajanja elektrotehničkih uređaja po šemi na slici 1 realizuje se na sledeći način [1]. Na generator, 1, naizmeničnog

napona sa podesivom učestanošću, priključuje se niskonaponski namotaj transformatorskog pretvarača, 3. Na jedan od izvoda visokonaponskog namotaja priključuje se jedan od ulaznih priključaka, 7, potrošača, 8, elektroenergije. Drugi izvod visokonaponskog namotaja je izolovan. Podešavanjem frekvencije obično se u opsegu od 0,5 do 100 kHz postignu rezonantne oscilacije, što se odmah primeti na primer paljenjem sijalice – potrošača električne energije, ili pokretanjem elektromotora jednosmerne struje povezanog prema slici 1. Pojava električnih oscilacija svedoči o prenosu električne energije. Napajanje potrošača elektroenergijom ostvaruje se bez zatvorenog električnog kola.Karakteristika opisane metode je to što prenos energije generatora, 1, u režimu rezonantnih oscilacija nije praćen gubicima elektroenergije za zagrevanje provodnika, 5, što omogućava korišćenje provodnika malog poprečnog preseka [3,4,5,6].

Slika 1 Električna šema napajanja predajnog (a) i prijemnog (b) uređaja inženjera S.V. Avramenka za rezonantni prenos električne energije [1]

(objašnjenja oznaka na crtežu data su u tekstu)

Slika 2 Viljuška S.V. Avramenka za ispravljanje struje u jednoprovodnoj liniji [1]

[031]

energija

Jedna od metoda razvijenih u VIESH i odgovarajuća elektrooprema prenosa električne energije korišćenjem rezonantnog režima otvorene visokonaponske linije prikazana je na slici 3.Na slici 3 prikazana je blok šema načina prenosa električne energije gde je 1 – generator povišene učestanosti; 2 – rezonantno kolo transformatora za povišenje napona; 3 – jednoprovodna linija; 4 – rezonantno kolo visokonaponskog transformatora za sniženje napona; 5 – ispravljač; 6 – invertor koji pretvara jednosmernu struju u naizmeničnu; 7 – opterećenje; 8 – prirodna kapacitivnost zemlje priključena na visokonaponski namotaj, 9, transformatora, 10, i visokonaponski namotaj, 11, transformatora, 12. Sledeće rezonantno kolo, 2, transformatora za povišenje napona, 9, sastoji se od kondenzatora, 13, i niskonaponskog namotaja, 14, spojenih paralelno sa visokofrekventnim generatorom, 1. Rezonantno kolo, 4, transformatora za sniženje napona, 12, sastoji se od niskonaponskog namotaja, 15, spojenog redno sa veznim kondenzatorom, 16. Prenos električne energije realizuje se na sledeći način. Električna energija iz visokofrekventnog generatora, 1, dolazi u rezonantno kolo, 2, transformatora za povišenje napona, 10, koji je podešen na učestanost f0 generatora, 1, (0,5 kHz <f0 <500kHz). Dužina električne mreže, LAB, koja se sastoji od dužine jednoprovodne linije, 3, i dužina dva visokonaponska namotaja, 9 i 11, transformatora, 10 i 12, povezana je sa talasnom dužinom, λ, i rezonantnom frekvencijom, f0, na sledeći način:

λ = 2LAB/n; f0 = cn/2LAB (1.1)

gde je n – prirodni broj; c – brzina svetlosti.Kao generator, 1, koristi se elektromašinski generator ili statički pretvarač visoke učestanosti.

Rezonantno kolo i transformator za povišenje napona transformišu električnu energiju generatora, 1, po frekvenciji i naponu. Potencijal se diže do 10 do 1000 kV. Električna energija prenosi se jednoprovodnom linijom dužine LAB u rezonantnom režimu do konture, 4, transformatora za sniženje napona, 12, podešenog na učestanost f0. U rezonantnom kolu transformatora za sniženje napona, 4, električna energija predstavlja vektorski zbir aktivne i reaktivne energije. Odnos aktivne i reaktivne komponente određen je prirodom opterećenja, 7. Električna struja učestanosti f0 dolazi u ispravljač, 5, a posle ispravljanja u invertor, 6, gde se pretvara u trofaznu struju industrijske učestanosti, na primer 50 Hz. Posle invertora, 6, električna energija dolazi do potrošača, 7, koji može imati aktivnu i reaktivnu komponentu. Kada je potrošaču potrebna jednosmerna struja, on se priključuje neposredno na ispravljač, 5. Ako opterećenju odgovara rezonantna učestanost f0*, ono se može priključiti direktno na izvode rezonantnog kola, 4. Uzemljenje, 8, visokonaponakih namotaja, 9 i 11, povećava električnu snagu koja se prenosi linjom, 3, u slučaju postojanja harmonika napona i struje čija je učestanost različita od f0, a takođe u slučaju kada je talasna dužina visokonaponskih namotaja, 9 i 11, manja ili veća od četvrtine talasne dužine oscilacija elektromagnetnih talasa u liniji, 3. Uzemljenje, 8, takođe povećava električnu bezbednost ovakvog sistema prenosa električne energije.

Zaklju~ak

Za prenos energije nisu neophodne vazdušne linije prenosa, koje su osnovni uzrok prekida u elektrosnabdevanju zbog leda, uragana, zemljotresa i požara. Za prenos električne energije mogu se koristiti pouzdane i bezopasne podzemne i podvodne jednoprovodne kablovske linije, a takođe morska voda

Slika 3 Blok-šema načina prenosa električne energije sa uzemljenjem izvoda visokonaponskih namotaja

i zemlja kao jednoprovodna rezonantna linija.

Literatura1. Патент РФ № 2108649. Способ питания электротехнических устройств и устройство для его осуществления / Авраменко С.В. // БИ. 1998. №41.

2. D.S. Strebkov, A.J. Njekrasov, Rezonantne metode prenosa električne energije, IHIS Beograd, 2007

3. Tesla N. Lectures. Patents. Articles. Published by N. Tesla Museum. Beo-grad, 1956, 715 pp.

4. Nikola Tesla, Colorado Springs Notes 1899–1900. Published by Nolit. Beograd, 1978, 437 pp.

5. Katalog Teslinih patenata, Muzej Nikole Tesle, Beograd, 1987

6. Radovi u oblasti elektroenergetike, Muzej Nikole Tesle, „Naučna knjiga“; Beograd, 1988.

[032]

energija

Академик РАСХН Стребков Д.С. Всероссийский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ)

UDC:621.311.243.001.76 (470)

Инновационные энергетические технологии

Таблица 1 Мировой солнечный энергетический рынок

Введение

Человечество ищет ответы на глобальные вопросы- Что делать в связи с изменением

климата и глобальным потеплением.

- Что делать в связи с энергоресурсами, которые распределены крайне неравномерно и истощаются.

- Как сохранить стабильность в мире и обеспечить устойчивое развитие при наличии рисков, связанных с изменением климата и недостатком энергоресурсов.

- Как обеспечить энергетическую безопасность каждой страны и глобальную безопасность.

Владение ресурсами свободной энергии позволяет ликвидировать нищету, голод и войны, дать возможность получить образование и обеспечить достойные условия жизни гражданам России и 2 миллиардам жителей развивающихся стран, которые не имеют сегодня доступа к электроэнергии.Ответы на эти глобальные вызовы могут быть получены в результате реализации новой энергетической стратегии. Основные направления будущего развития энергетики:• Переход от энергетики, основанной на ископаемом топливе, к бестопливной энергетике с использованием возобновляемых источников энергии;

• Переход на распределенное производство энергии, совмещенное с локальными потребителями энергии;

• Создание глобальной солнечной энергетической системы;

• Замена нефтепродуктов и природного газа на жидкое и газообразное биотопливо, а ископаемого твердого топлива на использование энергетических плантаций биомассы;

• Замена автомобильных двигателей внутреннего сгорания на бесконтактный высокочастотный резонансный электрический транспорт.

По всем направлениям проведены исследования, разработаны технологии и экспериментальные образцы, защищенные российскими патентами. Новой тенденцией развития российской и мировой энергетики является увеличение доли децентрализованного производства электрической и тепловой энергии экологически чистыми электростанциями. Число крупных экологически опасных электростанций будет сокращаться. Эта тенденция объясняется, с одной стороны, изменением климата и необходимостью выполнения

Киотского протокола по снижению выбросов парниковых газов, с другой стороны, децентрализация поставок топлива и энергии увеличивает энергетическую безопасность регионов и страны в целом [1-2]. Кроме того, распределенное и бестопливное производство энергии с использованием местных энергоресурсов снижает затраты и риски стран-импортеров нефти и увеличивает экспортный потенциал стран-экспортеров топливно-энергетических ресурсов.Либерализация рынка электроэнергии приведет к подключению к энергосистеме миллионов малых независимых производителей энергии. Управление потоками энергии при наличии миллионов производителей и потребителей возможно только с помощью инфокоммукационных технологий и средств электронной коммерции. Нанотехнологии позволяют значительно увеличить эффективность использования бестопливной энергетики. Поэтому проблемы развития информационных

[033]

energija

наносолнечного элемента на частоте солнечного излучения существенно возрастает, что в свою очередь приводит к существенному возрастанию эффективности генерации электронно–дырочных пар. На конструкцию нанокристаллического солнечного элемента и способ его изготовления ВИЭСХом получено решение о выдаче патента РФ.Новые технологии и материалы позволят в ближайшие пять лет увеличить КПД СЭ на основе каскадных гетероструктур в лаборатории до 45%, в производстве до 26 – 30%, КПД СЭ из кремния в лаборатории до 30%, в промышленности до 25%.

Увеличение срока службы СЭС до 50 летДля увеличения срока службы модулей необходимо исключить из конструкции модуля полимерные материалы. В новой конструкции солнечного модуля, разработанной в ВИЭСХе, СЭ помещены в стеклопакет их двух листов стекла, соединенных по торцам пайкой или сваркой. Технология герметизации торцев гарантирует герметичность модуля в течении 50 лет. Для снижения температуры СЭ и оптических потерь внутренняя полость модуля заполнена кремнийорганической жидкостью (рис. 1, 2).

Солнечный кремнийПри современном объеме производства СЭС 8,1 ГВт/год солнечные модули из кремния составляют более 85% объема производства. По нашим прогнозам, солнечный кремний и в дальнейшем будет доминировать в фотоэлектрической промышленности, исходя из принципа: структура потребления ресурсов в долговременной перспективе стремится к структуре их имеющихся запасов на Земле. Земная кора состоит на 29,5 % из кремния, который занимает второе место по запасам после кислорода.Мировое производство солнечного кремния выросло с 50000т в 2007г. до 65000т. В 2008г. и в 2011г. составит 150000т, что позволит увеличить долю солнечной энергетики в объеме вводимых в эксплуатацию электростанций в 2011г до 10% (20,5 ГВт)При объеме производства 100 ГВт в год и расходе солнечного кремния 10 000 т/ГВт мировое потребление

технологий, нанотехнологий и технологий бестопливной энергетики тесно связаны и прогресс в каждой из этих двух областей техники будет способствовать развитию другой.

Солнечная энергетика

Самая быстрорастущая отрасль энергетики в мире с темпами роста 53% в год и объемом производства в 2008 году 6,1 ГВт на 43 миллиардов долларов (табл. 1).Солнечные электростанции с концентраторами в Калифорнии мощностью 354 МВт работают с 1980 г. и замещают ежегодно 2 миллиона баррелей нефти (1 баррель – 159 л).Для того чтобы конкурировать с топливной энергетикой, возобновляемой энергетике необходимо выйти на следующие критерии:- КПД солнечных электростанций

25 %- Срок службы солнечной электростанции должен составлять 50 лет.

- Производство полупроводникового материала для СЭС должно превышать один млн. тонн в год при цене не более 25 долл. США/кг.

- Стоимость установленного киловатта пиковой мощности солнечной электростанции не должна превышать 1000 долл. США

- Материалы и технологии производства солнечных элементов и модулей должны быть экологически чистыми и безопасными.

- Объем производства 100 ГВт в год- Годовое число часов использования мощности солнечной энергосистемы должно быть равно 8 760 часов. Это означает, что Солнечная энергетическая система (СЭС) должна генерировать электроэнергию 24 часа в сутки 12 месяцев в году.

Повышение эффективности преобразования солнечной энергии.

Максимальный достигнутый в лаборатории КПД солнечных элементов (СЭ) на основе каскадных гетероструктур составляет 42 %, для СЭ из кремния 24%. Практически все заводы в России и за рубежом выпускают солнечные элементы с КПД 14 -17%. Sun Power Согр. США начала в 2003 г. производство солнечных элементов из кремния размером 125 х 125 мм с КПД 20%.

В России и за рубежом разрабатывается новое поколение СЭ с предельным КПД до 93%, использующее новые физические принципы, материалы и структуры. Основные усилия направлены на более полное использование всего спектра солнечного излучения и полной энергии фотонов по принципу: каждый фотон должен поглощаться в варизонном или каскадном полупроводнике с запрещенной зоной*, ширина которой соответствует энергии этого фотона. Это позволит на 47% снизить потери в СЭ. Для этого разрабатываются [3]:- каскадные СЭ из полупроводников с различной шириной запрещенной зоны

- солнечные элементы с переменной шириной запрещенной зоны

- солнечные элементы с примесными энергетическими уровнями1 в запрещенной зоне.

Другие подходы к повышению КПД СЭ связаны с использованием концентрированного солнечного излучения, созданием полимерных СЭ, а также наноструктур на основе кремния и фуллеренов. Новое направление в технологии наносистем, использующее гетерогенные оптические материалы с металлическими наночастицами, имеющими плазмонные резонансы, получило название «наноплазмоника». Наноплазмоника находит практическое применение для повышения эффективности солнечных элементов, изготовления нанолинз, обработки нанообъектов, высокочувствительных биосенсоров. В ВИЭСХе разрабатываются новые конструкции солнечных элементов, в фоточувствительный слой которых дополнительно внедрены металлические наночастицы размером 10-30 нм при концентрации указанных наночастиц в указанном слое (1-10)•10-2 объемных долей.Металлические наночастицы выбраны так, что частота их плазменного резонанса находится вблизи максимума спектра поглощения нанокристаллов, и диэлектрическая проницаемость среды фоточувствительного слоя

* Запрещенная энергетическая зона в полупроводнике находится между валентной зоной и зоной проводимости. Она определяет длинноволновую границу фотоэффекта.1 Примесные энергетические уровни в запрещенной зоне позволяют увеличивать длинноволновую границу фотоэффекта за счет многофотонного поглощения

[034]

energija

новые технологии получения кремния в виде тонких листов, лент, пленок с лазерным раскроем и автоматизацией процесса изготовления СЭ. Методы снижения расхода кремния включают увеличение объема и размеров выращиваемых кристаллических слитков кремния и снижение толщины солнечных элементов. В 2010 г. масса слитка кремния, получаемого методом направленной кристаллизации, достигнет 1000 кг, а объем 0,4 м3. Толщина СЭ снизится с 400 мкм в 2000 г до 200 мкм в 2008 г., до 100 мкм в 2010 и до 2-20 мкм в 2015 г.

Снижение стоимости СЭСНаиболее быстрый путь снижения стоимости и достижения гегаватного уроня произ-водства СЭС заключается в использовании

концентраторов солнечного излучения. Стоимость 1 м2 площади стеклянного зеркального концентратора в 10 раз меньше стои-мости 1 м2 площади СМ. В ВИЭСХе разработаны стационарные концентраторы с коэф-фициентом концентрации 3.5 – 10 с угловой апертурой 480, позволяющие в пределах апертурного угла концентрировать прямую и рассеянную компоненту солнечной радиа-ции (рис. 3 – 6) [4]. Использование солнечного поликремния низкой стоимости и ста-ционарных концентраторов позволяет сократить сроки достижения стоимости 1000 долл. США/кВт с 2020 до 2015 гг.Комбинированные солнечные электростанции могут обеспечить

кремния составит 1 млн. тонн в год. Кроме экологически опасной бесхлорной химической технологии получения кремния разрабатываются

электрофизические методы восстановления солнечного кремния из особо чистых кварцитов с помощью плазматронов. Развиваются

Рис. 1 Солнечный фотоэлектрический модуль, изготовленный в ВИЭСХе по технологии бесполимерной герметизации. Размеры 450 х 970 мм Электрическая мощность 50 Вт, напряжение 12

Рис.2 Солнечный фотоэлектрический модуль Ожидаемый срок службы 40 лет. Разработано в ВИЭСХ

Рис. 3. Оптическая схема симметричного стационарного солнечного концентратора с концентрацией 3 (а) и концентрацией 10 (б)

Рис. 4 Солнечный фасад с вертикальным асимметричным солнечным модулем с углом раскрытия 360

1-стеклянное покрытие; 2- отражатель; 3-апертурный угол; 4- двухсторонний приемник; 5 – южный фасад здания), а также фотография экспериментального модуля

[035]

energija

производственные и жилые объекты электрической энергией, горячей водой и теплом. Коэффициент использования энергии Солнца составляет 50-60% при электрическом кпд 10-15%. Использование стационарных концентраторов позволяет увеличить температуру теплоносителя до 90° и снизить стоимость СЭС до 1000 долл. США/кВт. На основе концентраторных модулей в ВИЭСХе ведутся проработки соединенных с энергосистемой солнечных микро-ТЭЦ для многоквартирных и односемейных домов и промышленных зданий, а также центральные

Рис. 5 Солнечные модули со стационарными концентраторами

Электрическая мощность 40 Вт, Ø = 0,83 м, m ≈ 4 кг

Электрическая мощность 200 Вт, размеры 2×2 м, m ≈ 70 кг

стационарные солнечные электростанции для городов, поселков, сельскохозяйственных и промышленных предприятий. Микро-ТЭЦ для автономного энергоснабжения имеет резервный дизельный электрогенератор с утилизацией теплоты от системы охлаждения и выхлопных газов.Повышение эффективности СЭС приводит к снижению затрат энергии и материалов на производство единицы мощности СЭС, размеров и стоимости земельного участка под строительство СЭС. На рис. 6 представлена зависимость стоимости изготовления киловатта установленной мощности солнечных

модулей со стационарными концентраторами от КПД. При КПД 20% стоимость производства становится значительно меньше 1000 долл. США/кВт.При использовании СЭС органически сочетаются природные ландшафты и среда обитания с энергетическими установками. СЭС образуют пространственно-архитектурные композиции, которые являются солнечными фасадами или солнечными крышами зданий, ферм, торговых центров, складов, крытых автостоянок.

Обеспечение экологических характеристик производства СЭСЧеловечеству не грозит энергетический кризис, связанный с истощением запасов нефти, газа, угля, если оно освоит технологии использования возобновляемой энергии. В этом случае будут также решены проблемы загрязнения среды обитания выбросами электростанций и транспорта, обеспечения качественными продуктами питания, получения образования, медицинской помощи, увеличения продолжительности и качества жизни. СЭС создают новые рабочие места, улучшают качество жизни и повышают энергетическую безопасность и независимость владельцев СЭС за счет бестопливного и распределенного производства энергии.Разрабатываются технологические процессы производства компонентов СЭС, в которых экологически неприемлемые химические процессы травления и переработки заменяются на вакуумные, плазмохимические, электронно-лучевые и лазерные процессы. Серьезное внимание уделяется утилизации отходов производства, а также переработки

Рис 6. Стоимость стационарного параболоцилиндрического концентрирующего модуля мощностью 1 кВт, с апертурным углом 36° для северных широт.

[036]

energija

Конкуренция между системами передачи электрической энергии на постоянном и переменном токе продолжается до настоящего времени, однако всё это происходит в рамках классических двух-трёхпроводных замкнутых линий электропередач. Мы показали экспериментально, что однопроводниковая линия с высокочастотным резонансным трансформатором Тесла в начале линии может передавать электрическую энергию на любой, в том числе и на нулевой частоте, т.е. на выпрямленном токе. Однопроводниковые резонансные системы (рис. 9) открывают возможности для создания сверхдальних кабельных линий электропередач и, в перспективе, замены существующих воздушных линий на кабельные однопроводниковые линии [9].

компонентов СЭС после окончания срока службы [5].Базовые солнечные электростанции блочно-модульного типа будут ежегодно увеличивать свою мощность на 100 – 300 ГВт. Начало функционирования глобальной солнечной энергосистемы 2025 г. Выход на полную мощность 2075-2090 г. В результате реализации проекта доля солнечной энергетики в мировом потреблении электроэнергии составит 75-90%, а выбросы парниковых газов от тепловых электростанций и автомобильного транспорта будут снижены более, чем в 10 раз

Повышение числа часов использования установленной мощности СЭС.Число часов использования установленной мощности в год составляет для тепловых электростанций в среднем 5200 ч, для ГЭС 1000 – 4800 ч. для ВЭС 2000 – 3000 ч., для СЭС 1000 – 2500 ч. [6].Стационарная солнечная электростанция с КПД 20 %пиковой мощностью 1 кВт вырабатывает за год в центральной России и в Германии 2000 кВт·ч, в пустыне Сахара до 3500 кВт·ч. При слежении за Солнцем производство электроэнергии при тех же условиях возрастет в России до 2800 кВт·ч/кВт, в Сахаре до 5000 кВт·ч/кВт. Зависимость вырабатываемой энергии СЭС от времени суток и погодных условий является ахиллесовой пятой СЭС в конкуренции с электростанциями на ископаемом топливе. Поэтому до настоящего времени в крупномасштабных проектах и прогнозах развития солнечной энергетики предусматривалось аккумулирование солнечной энергии путем электролиза воды и накопления водорода. В ВИЭСХе проведено компьютерное моделирование параметров глобальной солнечной энергетической системы, состоящей из трех СЭС, установленных в Австралии, Африке и Латинской Америке, соединенных линией электропередач с малыми потерями (рис. 7). При моделировании использовались данные по солнечной радиации за весь период наблюдений. КПД СЭС принимался равным 25%. На рис. 8 представлен график производства электроэнергии в глобальной солнечной энергосистеме. СЭС генерирует электроэнергию круглосуточно и равномерно в течении года. Размеры каждой из

трех СЭС составляют 190 х 190 км, электрическая мощность 2,5 ТВт [7].В связи с развитием объединенных энергосистем в Европе, Северной и Южной Америке и предложениями по созданию глобальной солнечной энергосистемы появились задачи по созданию устройств для передачи тераваттных трансконтинентальных потоков электрической энергии. В конкуренцию между системами передачи на переменном и постоянном токе может вступить третий метод: резонансный волноводный метод передачи электрической энергии на повышенной частоте, впервые предложенной Н.Тесла в 1897 г [8].Н. Тесла рассматривал свою резонансную однопроводниковую систему передачи электрической энергии как альтернативу системе передачи энергии на постоянном токе, предложенной Т.Эдисоном.

Рис. 7 Глобальная солнечная энергетическая система из трех солнечных электростанций

Рис. 8 Производство электроэнергии глобальной солнечной энергосистемой

[037

energija

l = n . λ / 2 пучность напряжения и узел тока. В обоих случаях линия эквивалентна резонансному колебательному контуру.Стоячие волны в разомкнутой однопроводниковой линии (рис. 10) получаются в результате сложения падающей и отраженной волн, имеющих одинаковую амплитуду. Фаза напряжения и тока во всех сечениях линии одинакова, а между током и напряжением существует сдвиг по фазе на 90° во времени и в пространстве. Это означает, что во всей линии напряжение равно нулю или достигает максимума в один и тот же момент времени, но эти максимумы для разных сечений различны, когда во всей линии напряжение максимально, ток равен нулю и наоборот. В сечениях линии с пучностями напряжения наблюдаются узлы тока, а при узлах напряжения наблюдаются пучности тока. Средняя мощность, отдаваемая генератором в однопроводниковую линию без потерь или в линию, замкнутую на реактивное сопротивление, равна нулю [10].Если линия работает в режиме стоячих волн, то ее входное сопротивление имеет реактивный характер. Если в линии имеются потери, то некоторая бегущая волна от генератора компенсирует эти потери. При наличии бегущих и стоячих волн в линии ее входное сопротивление содержит активную и реактивную составляющие.На рис. 11 показана электрическая схема и распределение токов и напряжений в однопроводниковой резонансной линии, разомкнутой со стороны нагрузки или с нагрузкой в виде ёмкости [10].На рис. 12 представлены распределение волн тока и напряжения в однопроводникой линии, замкнутой на землю с обоих концов [10]. Классический инженер-электрик, о котором мы говорили в начале статьи, посмотрев на электрическую схему на рис. 5 (а, б), скажет, что это замкнутая двухпроводная линия электропередачи с использованием земли в качестве второго провода и активного тока проводимости в замкнутой цепи. Правильное объяснение даст радиоинженер: это обычная волноводная линия со сдвигом фаз между током и напряжением 90°, установленная на заземленных металлических опорах, присоединенных к линии в точках с узлами напряжения. Заземление линии в точках с узлами напряжения не изменяет параметры волноводной линии и не сказывается на величине передаваемой мощности.

Рис. 9 Резонансная система передачи электрической энергии состоит из преобразователя 1, двух резонансных высокочастотных трансформаторов Тесла 2 и 4, соединенных однопроводниковой высоковольтной линией 3 и инвертора 5.

Рис.10 Стоячие волны а – напряжения; б – тока в разомкнутой линии

Рис. 11. Электрическая схема (а) и распределение токов и напряжений (б) в четвертьволновой однопроводниковой резонансной линии, разомкнутой со стороны нагрузки (или с нагрузкой в виде ёмкости)

Г- генератор, С – ёмкость резонансного контура, D1 и D2 – диодный блок, СH - ёмкость нагрузки, К- электронный ключ, RH – сопротивление нагрузки.

Тем самым будет решена одна из важнейших проблем энергетики - повышение надежности электроснабжения.

Разомкнутая линия на рис. 1 длиной l = (2n + 1) . λ / 4, n = 0, 1, 2, 3… имеет у зажимов генератора пучность тока и узел напряжения, а при длине

[038]

energija

При работе в режиме стоячих волн, вектор Умова-Пойнтинга S через каждые четверть периода изменяет свое направление на обратное: от генератора к нагрузке и наоборот (рис.13). Это объясняется тем, что в линии имеется сдвиг по фазе между напряжением и током, соответственно между напряженностями электрического и магнитного полей на 90°, вследствие чего через каждые четверть периода один из векторов Е или Н изменяет свое направление на обратное. Таким образом, подтверждается, что на создание чисто стоячих волн генератор не затрачивает энергии [10].На рис. 14 – 16 показаны компоненты резонансной однопроводниковой кабельной системы передачи энергии электрической мощностью 20 кВт с длиной кабеля 1,2 км, работающей на частоте 1 кГц в ВИЭСХе, а в табл. 2 показаны результаты испытаний [9]..Использование проводящих сред в резонансном методе передачи электрической энергии иллюстрируется на рис. 17-18, где модель электрического катера получает электрическую энергию для движения из бассейна с водопроводной водой и живыми рыбками.В качестве источника электрической энергии в резонансной электрической системе может быть использована ветровая электростанция, солнечная батарея и т.д. (рис. 19). Другое глобальное применение резонасных однопроводниковых систем передач электроэнергии заключается в возможности создания бесконтактного высокочастотного электрического транспорта. Бестроллейный метод передачи электрической энергии на электротранспортное средство с использованием метода электромагнитной индукции через воздушный трансформатор и обычных двухпроводных линий передачи энергии имеет принципиальные ограничения по величине передаваемой мощности, КПД передачи и длине линии и поэтому в настоящее время не используется [11].Разработанная нами экспериментальная модель небольшого электромобиля получает энергию от однопроводниковой изолированной кабельной линии, проложенной в дорожном покрытии (рис. 20-22). Сейчас ведутся работы по увеличению мощности бесконтактного привода и разработке коммерческого проекта резонансной электротранспортной системы. В

Рис. 12 Распределение токов и напряжений в однопроводниковой линии, замкнутой с двух сторон на землю

а) электрическая схема (Г- высокочастотный генератор, RH - сопротивление нагрузки, С – ёмкость резонансного контура)б) распределение стоячих волн тока и напряжения вдоль однопроводниковой линиив) распределение токов и напряжений в полуволновой однопроводниковой линии

I, H – волны тока и напряженности магнитного поля;V, E – волны напряжения и напряженности электрического поля

Рис. 13. Направление вектора Умова-Пойнтинга S в случае работы однопроводниковой линии в режиме стоячих волн.

[039]

energija

перспективе можно представить большой цветущий зеленый город без выхлопных газов и смога, в котором под каждым рядом движения на главных магистралях установлена кабельная линия, и каждый автомобиль в дополнение к двигателю внутреннего сгорания имеет электрический мотор и бесконтактный троллей. Таким же образом может быть организованно движение на

крупных автострадах между городами, в том числе с использованием автоматических электротранспортных средств, управляемых роботами и компьютерами.Использование электрического бесконтактного привода в сельской электрификации открывает перспективы большой экономии топлива и создания беспилотных, управляемых компьютером со спутниковой навигацией роботов-автоматов для обработки земли, выращивания и уборки сельскохозяйственной продукции. В этом случае сельскохозяйственное производство превратится в фабрики на полях, организованное на принципах автоматизированных промышленных предприятий. Таким образом, могут быть решены еще три современные проблемы электрификации – энергосбережение, снижение вредных выбросов и автоматизация сельскохозяйственного производстваПреимущества

резонансного метода передачи электрической энергии• Электрическая энергия передается с помощью реактивного емкостного тока в резонансном режиме. Несанкционированное использование энергии затруднено;

• Содержание алюминия и меди в проводах может быть снижено в 5-10 раз;

• Потери электроэнергии в однопроводной линии малы и электроэнергию можно передавать на большие расстояния

• В однопроводном кабеле невозможны короткие замыкания и однопроводный кабель не может быть причиной пожара

Энергосбережение в зданиях

1. Новые технологии активной теплозащиты зданий с использованием вакуумной теплоизоляции позволяют увеличить поступление тепловой энергии в зданиях на 500 кВт×ч/м2 год и снизить потери энергии в зданиях на 25 - 30%.

2. Пожаробезопасная резонансная система с высокоэффективными источниками света позволяет снизить затраты на освещение в помещениях на 25 %

Новая бесполимерная технология сборки солнечного модуля была использована для создания эффективной вакуумной прозрачной теплоизоляции (ВПТИ). ВПТИ состоит из двух сваренных по торцам пластин стекла с вакуумным зазором 50 мкм. [12]. В таблице 3 представлены теплоизолирующие характеристики ВПТИ. При наличии инфракрасного (ИК) покрытия на внутренней поверхности стекол сопротивление теплопередачи может быть увеличено в 10 раз по сравнению с одинарным остеклением зданий. Солнечные коллекторы с вакуумным остеклением будут нагревать воду не до 60° , а до 90°С, т.е. из установок для горячего водоснабжения переходят в новый тип установок для отопления зданий. В теплицах и зимних садах потери энергии уменьшаются на 50 %. Облицовка южных фасадов зданий плитами вакуумной прозрачной теплоизоляцией с селективным покрытием превращает здание в гигантский солнечный коллектор производительностью 500 кВт ч/м2

в год, и эквивалентно увеличению толщины стен на 1 метр кирпичной кладки при толщине ВПТИ 12 мм. Особенно эффективно использование ВПТИ в южных районах РФ и в республиках Бурятия, Якутия, где в условиях зимнего антициклона при температуре воздуха - 30°С температура селективного покрытия при толщине ВПТИ 10 мм составляет + 30° С. Использование ВПТИ в летние месяцы позволит на 50% снизить затраты на кондиционирование зданий.

Таблица 2 Результаты испытаний резонансной системы передачи электрической мощностью 20 кВт

Рис. 14. Преобразователь частоты и резонансный контур передающего высокочастотного трансформатора

Рис. 15. Резонансный контур понижающего высокочастотного трансформатора

[040]

energija

Резонансная электрическая система питания уличного освещенияДля освещения сельских населённых пунктов, проезжей части дорог и проездов, территорий различных сельхозобъектов, а также общего внутреннего освещения производственных помещений и дворов сельских жителей применяют в основном различные светильники типа РКУ или ЖКУ с ртут-ными или натриевыми лампами высокого давления, а также обычные лампы накаливания. В послед нее время освещение сельских мест заметно ухудшилось в связи с увеличением тарифов на элек-троэнергию и снижением уровня обслуживания уличного освещения. Схемы и способы включения светильников с газоразрядными лампами требуют применения специальных пускорегулирующих устройств, сопровождаются большими потерями энергии и замыканиями в проводах осветительной сети.Разработано новое электрооборудование с резонансной системой питания светильников электрической энергии высокой частоты по однопроводниковой волноводной линии [9].

Разработанная резонансная система электрического освещения (РСЭО) предназначена для демонстрации возможности питания светильников уличного освещения по однопроводниковой линии. Экспе риментальный образец установки РСЭО содержит источник питания, преобразователь частоты, высо ковольтный резонансный трансформатор, соединенный однопроводниковой линией со светильника ми с газоразрядными лампами низкого давления, рис 24.Установка РСЭО работает следующим образом. Напряжение 220 В источника электрической энергии 1, подводимое к преобразователю частоты 2, преобразуется в напряжение высокой частоты, и через конденсатор 3 подается на резонансный трансформатор 4, с высоковольтного вывода которого снимается высоковольтное, высокочастотное напряжение и подается на одно про водную линию 6. К высоковольтной линии светильники 8 подсоединены параллельно, одним выводом, второй вьюод ка ждого светильника соединен с естественной емкостью 7 в виде изолированного проводящего тела или с землёй, второй вывод трансформатора через конденсатор 5 соединяется с землей.Электромагнитная энергия в виде потока волн тока и напряжения перемещается от вывода с высоким потенциалом через светильники к естественной емкости с более низким потенциалом за счет разности потенциалов происходит ионизация газа внутри ламп низкого давления и пробой промежутка между электродами. Через лампу протекает электрический ток, вызывающий полную ионизацию газа и свечение люминофора.При проведении испытаний обнаружилась сильная зависимость зажигания ламп от тем пературы окружающей среды особенно при температуре ниже +10 С. Так, например, при температуре +7 С количество работающих ламп составляло только 50%. Поэтому было решено использовать в уличных фонарях компактные люминесцентные лампы мощностью 15 Вт с встроенными пуско-регулирующими устройствами. У таких ламп расширенный диапазон температуры зажигания до -12 С.Для питания таких ламп была разработана модернизированная схема питания. Такая схема по-требляет реактивный ток в 4.5 раза меньше, чем с газоразрядными

Рис. 16. Испытания резонансной энергетической системы 20 кВт с однопроводниковой кабельной линией 1,2 км в лаборатории ВИЭСХ..

Рис. 17. Электрическая схема передачи электрической энергии на водный транспорт с использованием водной проводящей среды.

Рис. 18. Испытания макета электрического речного судна в лаборатории ВИЭСХ с использованием водопроводной воды в качестве проводящей среды. Передающий блок имеет электрическую мощность 100 Вт, напряжение 1 кВ

[041]

energija

лампами низкого давления, что по-зволяет уменьшить естественную емкость в несколько раз.Результаты измерения электрических параметров оборудования резонансной системы электри ческого освещения при работе с различным количеством ламп представлены в таблице 4.

Технические характеристики РСЭО

СветильникиИсточники света - люминесцентные лампы КЛЛ-15,Габаритные размеры светильника – Ф 30 х 15см, высота подвеса 4м.Напряжение питания - 950 - 1200 В. Количество светильников - 15 шт.Преобразователь частотыПотребляемая мощность - 290 Вт.КПД - 75-88%Рабочая частота - 3,5 - 5,0 кГц. Вес с трансформатором - 2 кг

воздушной или кабельной линии в резонансном режиме (рис. 25-26) Обеспечивает:- снижение капитальных затрат на электроснабжение на 30%;

- уменьшение потерь в линии при передаче электроэнергии;

- повышение энергетической безопасности передачи;

- высвобождение земель от воздушных линий;

- исключение аварий на линии, связанных с погодными явлениями;

- получение 50% экономии цветных металлов;

Резонансная электрическая система освещения зданий

Предназначена для освещения жилых и бытовых помещений с электропитанием по одному проводу

Рис. 19 Резонансная система передачи электрической энергии по однопроводниковому волноводу от солнечной электростанции мощностью 100 Вт

Рис. 21 Бесконтактная система питания от кабел ьной линии расположенной под автомобилем в дорожном покрытии

Рис. 20 Трактор на электрической тяге с бесконтактной системой питания для сельскохозяйственных работ

Рис. 22 Железнодорожный транспорт с бесконтактной системой питания расположенной в междурельсовом пространстве

Однопроводная линияДлина линии - 140 м.Высота опоры -5 м.Напряжение 1000 -1200 ВПредназначена для питания удаленных от системы стационарного электроснабжения уличных фонарей, прожекторов, светофоров, рекламных щитов по однопроводниковой

в резонансном режиме (рис. 27)Применяется для: • освещения больших помещений, интерьеров подземных и наземных сооружений, вокзалов, выставочных павильонов, вагонов.

• освещения жилых, спортивных, промышленных, железнодорожных и сельскохозяйственных объектов.

[042]

energija

Для сельскохозяй-ственных помещений используется энергосберегающий светильник

типа ЛСП 03 с компактными люминисцетными лампами (рис. 28, табл. 5) или компактные лампы на светодиодах (рис. 29)В таблице 6 представлены технические характеристики солнечной энергетической установки мощностью 900 Вт разработанный в ВИЭСХе и предназначенной для

фотоэлектрического модуля на солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором мощностью 900 Вт с уменьшением площади солнечных элементов в 2 раза, замене АБ на суперконденсаторы такой же ёмкости с удвоенным ресурсом и замене двухпроводной линии на пожаробезопасную однопроводную резонансную линию электроснабжения.Все компоненты СЭУ-900, за исключением АБ и суперконденсаторов, разработаны и производятся на экспериментальном производстве ГНУ ВИЭСХ

Кавитационная нанотехнология получения биогидротоплива17 марта 2008 года на Чикагской бирже зарегистрирована рекордная цена на пшеницу 442 долл/т, а на Нью-йоркской бирже рекордная цена на нефть – 111 долл/баррель, 700долл/т. Цена на пшеницу приближается к цене на нефть, хотя еще совсем недавно за 1 кг. дизельного топлива необходимо было отдать 5 кг. зерна.Рост цен на зерно и масленичные растения в определенной степени обусловлен растущим спросом на использование продовольственных культур для получения биотоплива: биоэтанола и биодизельного топлива. Поэтому будущие технологии получения биотоплива должны использовать древесные и сельскохозяйственные отходы, а не продовольственные культуры.Разрабатывается технология получения смесевого дизельного биогидротоплива с целью увеличения количества легких углеводородов, понижения температуры кристаллизации и снижения количества вредных выбросов продуктов сгорания дизельных двигателей за счет разрыва длинных полимерных цепочек ароматических углеводородов и парафинов (рис. 30, 31) .Применение модифицированного смесевого топлива в дизельных двигателях или энергетических установках приводит к значительной экономии топлива.По данным лабораторных исследований, после обработки летнего дизельного топлива происходит не только изменение его фракционного состава, но и снижение температуры застывания и вязкости, что значительно повышает экономичность эксплуатации дизелей в зимнее время и их моторесурс Кроме того, обработка дизельного

Рис. 23 Вакуумированный стеклопакет для прозрачных ограждений зданий, теплиц и солнечных установок

Таблица 3 Сопротивление теплопередачи прозрачных ограждений зданий теплиц и солнечных установок

Рис. 24 Блок-схема системы освещения

Таблица 4

освещения зданий.Дальнейшее развитие СЭУ-900 заключается в замене солнечного

[043]

energija

топлива позволяет провести эффективное обессеривание топлива. При производстве смесевого

дизельного биогидротоплива его объем увеличивается на 20 %, что позволяет в год получить в сельском хозяйстве РФ экономию 1 млн. т. дизельного топлива.Все описанные выше процессы можно проводить одновременно, что существенно повышает технико-экономические характеристики их применения. Смесевое дизельное биогидротопливо может использоваться в энергетических установках кораблей, дизельных электрогенераторов, автомобилей и тракторов с дизельным двигателем. На способ и устройство для получения смесевого дизельного биогидротоплива поданы три заявки на изобретения. С использованием

биодизельного топлива при комнатной температуре с длительностью процесса от нескольких секунд до нескольких минут вместо существующих многочасовых процессов этерификации при высокой температуре.

ВыводыНа рис. 32 показано изменение доли возобновляемой энергетики в мировом энергопотреблении. До 17 века солнечная энергия и энергия сжигания древесины, в которой солнечная энергия аккумулируется благодаря фотосинтезу, были единственными источниками энергии для человека. И сейчас 20% мирового производства энергии основывается на сжигании древесины, энергии рек и ветровой энергии, основой которых является солнечная энергия. Новые энергетические технологии, новые принципы преобразования возобновляемой энергии, новые технологии солнечного кремния, производства солнечных элементов, герметизации солнечных модулей, использование стационарных солнечных концентраторов и новых методов передачи электрической энергии для глобальной солнечной энергосистемы обеспечат к концу столетия 60 -90% долю возобновляемой энергии в мировом производстве энергии.

Список литературы1. Д.С. Стребков. Основные направления повышения энергетической безопасности. Глобальная безопасность, 2006 г., № 1, с. 108-109.

2. Bezrukikh P.P., Strebkov D.S. et al. 2001 G8 Renewable Energy Task Force Chairmen ‘s Report 61pp. Chaimen Report Annexes 75 pp. Printed by the Italian Ministry of Environment, 2001.

Рис. 25 Система уличного освещения на озере Селигер 2007

Рис. 27 Резонансная электрическая система освещения зданий

Рис. 28 Светильник с компактными люминисцентными лампами

Рис. 26 Работа резонансной системы уличного освещения в ночное время

нанотехнологии по контракту с Минобрнаукой в ГНУ ВИЭСХ и ГНУ ВИТИН разрабатываются новые технологии этерификации

Рис. 29. Компактные лампы на 19 и 76 светодиодах

[044]

energija

Таблица 5 Технические характеристики светильника ЛСП 03

Таблица 6 Техническое предложение на поставку солнечной энергетической установки СЭУ-900 для освещения зданий

Рис. 30 Установка для получения смесевого биогидротоплива производительностью 2 т/час

3. Арбузов Ю.Д., Евдокимов В.М. Основы фотоэлектричества, М., 2007, изд. ВИЭСХ, 289 стр.

4. Стребков Д.С., Тверьянович Э.В. Солнечные концентраторы, М., 2007, изд. ВИЭСХ, 315 стр.

5. Tsuo Y.S. Touyryan K., Gee J.M., Strebkov D.S, Pinov A.B., Zadde V.V. Environmentally Benign Silicon Solar Cell Manufacturing. 2-nd World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion. 6 – 10 July 1998, Hofburg Kongresszentrum , Vienna, Austria, p. 1199-1204

6. Безруких П.П., Стребков Д.С. Возобновляемая энергетика:Стратегия, ресурсы, технологии. М., 2005, изд. ВИЭСХ, 263 стр.

7. Strebkov D.S. , Irodionov A.E. Global solar power system. Eurosun – 2004, Freiburg, Germany. 14 Intern. Sonnenforum 2004, Vol. 2 p. 336 – 343

8. N. Tecla . Electrical Transformer. US Pat. # 593138, 02.11.1897

9. Стребков Д.С., Некрасов А.И. Резонансные методы передачи и применения электрической энергии. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008. – 351 с.

10. Белоцерковский Г.Б. Антенны. Оборонгиз, М. 1962,с 34-41, 101

Рис. 31 Установка для получения смесевого биодизельного топлива производительностью 2 тонны в час. Изготовитель ОНО ОМЗ «Александровский».

Рис. 32 Доля возобновляемой энергии в мировом производстве энергии

[045]

energija

11. Розенфельд В.Е., Староскольский Н.А. Высокочастотный бесконтактный электрический транспорт. М.: Транспорт, 1975, 200 с.

12. Стребков Д.С., Заддэ В.В., Шеповалова О.В. Вакуумные стеклопакеты для окон и солнечных коллекторов. Возобновляемая энергетика, март 2004 г., с. 12

D. StrebkovVIESHP. RakinIHIS

UDC:621.311.243 : 621.383.5.001.6 (470)

Photovoltaic Technologies for PV Industry

Roadmap for photovoltaic industry

We have proposed the following criteria of competitiveness of solar PV and fuel power engineering industry [1,2]:- effi ciency of solar PV power system

(SPS) is not less than 25 %.- The annual number of hours of use

of capacity of the solar power system should be equal 8 760 hours. It means, that the solar power system should generate the electric power 24 hours per day of 12 months in one year.

- Service life of a solar PV module should make 50 years.

- Cost of the installed kilowatt of peak power of a solar PV module should not exceed 1000 US $.

- Manufacture of a raw semiconductor material for PV industry should exceed one million tons per one year at the price no more than 15 US $/kg.

- Materials and technology of solar cells (SC) and solar modules (SM) should be non-polluting and safe.

25% efficiency of solar power system

Practically all factories in Russia and abroad are manufacturing SC of 15-25 % effi ciency.New technologies and materials will allow to increase next fi ve years effi ciency SC on the basis of cascade geterostructures in laboratory up to 40 %, in production 26 - 30 %, effi ciency

Rezime

Namena rada je da defi niše suštinske činjenice i prikaže tehnološke pravce i perspektive razvoja fotonaponske industrije i ulogu solarne energije u budućoj proizvodnji električne energije. Rusija ima savremene tehnologije i visoko kvalifi kovan kadar naučnika i inženjera i u stanju je da učestvuje u razvoju novih tehnologija i novih nišea svetskog fotonaponskog tržišta. Realizacija novih tehnologija će povećati ulogu solarne fotonaponske proizvodnje u budućoj proizvodnji električne energije do 80-90% do kraja 21. stoleća. Sa strane merodavnih instanci Srbije bilo bi poželjno da se stimuliše saradnja naše zemlje sa Rusijom na ovom polju.

Ključne reči: fotonapon, silicijum kvaliteta za PV-ćelije, solarne ćelije, solarni moduli, solarni koncentratori

Abstract

The purpose of work is defi nition of essential factors and presentation of the technologies determining directions and prospects of development of photovoltaic industry and the role of solar energy in the future electric power generation.Russia has modern technologies, the highly skilled staff of scientists and engineers and is capable to participate in the development of new technologies and new niches of the world PV market. Realization of new technologies will result in increase of a role of a solar PV in future electric power generation to 80 - 90 % at the end of 21-th century .

Key words: рhotovoltaics, solar grade silicon, solar cell, solar module, solar concentrator.

[046]

energija

of silicon SC in laboratory up to 28 %, in the industry up to 25 %. New generation SC with effi ciency 93 %, using new physical principles, materials and structures is under development. The basic efforts are directed on more full use of all spectrum of a sunlight and a whole energy of photons by a principle: each photon should be absorbed in the semiconductor with gap which energy corresponds to energy of this photon. It will allow to lower on 47 % losses in SC.The basic direction of research is Nan technique using plasma resonance of nan clasters, consisting of 10-20 atoms of metals spacing in the silicon thin fi lm structure. The other approaches include bifacial solar cells, transparent for infrared radiation and matrix monocrystalline silicon solar cells with voltage density 10-100 V/cm2 and electric power output 1-3,0 kW/cm2 at the concentrated radiation.

Solar electricity 24 hours a day

One kilowatt 25 % effi ciency PV module generates annually in Russia 2000 kW·h, in desert Sahara up to 4300 kW·h. Dependence of solar electricity on time of the day and weather conditions is achilles’ heel of SPS in a competition to fossil fuel power stations.We have carried out computer modeling parameters of the global solar power system consisting from three SPS, installed in Australia, Africa and Latin America, connected by an electric grid with small losses. The data on solar radiation for all period of supervision were used. 25% effi ciency SPS generates the electric power for all electrical consumers of the Globe round the clock and uniformly during the year. The sizes of each of three SPS make 190 × 190 kms, an electrical output of a each SPS 2,5 TW [3].For local renewable – based electric grid and global solar power system we proposed new electric power transmission technology using resonant waveguide method at the increased frequency for the fi rst time offered by N. Tesla [4].Using modifi ed Tesla transformers we have developed resonant system (RS) of electrical energy transmission with electrical capacity 20 kW on the distance

of 1,7 kms. Joule losses in single-wire waveguide line is insignifi cant. We developed RS using 100 W solar PV array as an energy source, with use of spring water as a single-wire waveguide line for electric power supply of a small electric vessel. Advanced solar power network is developed for delivering green electricity to solar electric car, using high frequency trolley – free technique.

50 years service life of a solar PV module

Solar modules have service life of 20 years in a tropical climate and 25 years in a temperate climate because of ageing polymeric materials, which are used for SC hermetic sealing in the module. For increase of service life of modules we proposed to exclude polymeric materials from a design of the module. In a new structure of solar module SC are placed between two sheets of a glass connected on edges by the soldering or welding. The new technology of glass hermetic sealing guarantees tightness of the module during 50 years. For decrease of SC temperature and optical losses the internal cavity of the module is fi lled by silicon oil [1].

1000 US $/kWp cost of solar PV module

Cost of SM makes now 3000 - 4000 US $/kW at volume of manufacture 1 GW/year.The basic ways of lowering the cost: Increase of effi ciency, the sizes of SM and production volume, decrease the cost of solar grade silicon, reduction of the charge of solar grade silicon on power unit, the combined generation of the electric power and heat.

1 M t/year silicon production for PV industry

Under our forecasts, solar grade silicon will dominate in the photovoltaic industry in future.

At volume of manufacture 100 GW per year and the charge of solar silicon 10 000 ton/GW consumption of silicon will make 1 million tons per year.New chlorine-free chemical and electrophysical methods of solar grade polysilicon technologies using plasmatrons are under development with cost 15 US $/kg [5,6] .In new technology raw materials ethanol and metallurgical silicon, are used instead of a hydrochloric acid. Cost reduction occurs due to decrease of temperature of process and expenses of energy. Thus ecological characteristics of manufacture are considerably improved and quality of silicon is so increased, that it can be used in electronic industry.

Stationary PV concentrator module

The fastest way of achievement GW level of SM production is to use solar concentrators. Cost of the area of the glass mirror concentrator is 10 times less than the cost of the same area of sM. We developed stationary concentrators with ratio concentration 3.5-12 capable within an aperture to concentrate direct and diffused solar radiation [7, 8]. Solar power stations may provide industrial and inhabited buildings with electric energy, hot water and a heat. The total effi ciency is 50-60 % at an electrical effi ciency of 25 %. Stationary concentrators increase temperature of the heat-carrier up to 90°. Use of low cost solar polysilicon of and stationary concentrators allows to reduce PV module cost bellow 1000 US $/kW.

Global Solar PV Market

Rapidly growing solar photovoltaic power sector will produce 4 GW in 2007, compared to global installed electricity capacity of over 4000 GW Table 1 [9].

Table 1 Solar Power sector in 2005-2011

[047]

energija

Market capitalization exceeds $ 140 billion in 2007, and annual production is estimated to grow up to 20 GW by 2011 and up to 100 GW by 2020.Rapidly increasing high purity silicon production will expand from 50000 tons in 2007 to 150,000 tons in 2011 and to 1 million tons in 2020.The leading solar companies include China’s emerging solar players (JA, Trina, E-ton), Conenergy, First Solar, Hemlock, LDK, M.Setek, Dow Corning, Orcla, Tim-Minco, Motech, Q-Cells, REC, Solar World, Sun Edison, Sun Power, Sun Tech, Wacker.

Mass-producing Photovoltaic Technique

Manufacturing cost of mass-producing photovoltaic is determined by several factors: raw material, product design and process engineering. Personal costs are negligible for highly automated plants.Turnkey contracts for PV production facilities contain certain guarantees for effi ciency, yield and throughput. Monocrystalline silicon solar cells have target effi ciency of 16-18%, initial yield of 96,5% and throughput of more than 30 MWp per year.The world’s largest 250 MWp production line is currently constructing for the Conenergy factory in Frankfurt (Germany). Dutch company and the Chemicals unit of Germany’s Evonik Industrial AG will invest $ 571 million in a silicon factory in Chemelot (Netherlands) to produce 3750 tons a year.This size factory requires consistency in size and quality of silicon wafers and solar cells.The world’s largest fully vertically-intergraded PV company REC with factories located in Sweden, Norway and US is planning to build wafer-to-module factory in Singapore with a capacity of 1,5 GWp. The investment could exceed $3,9 billion ($2,6 billion per 1 GWp).

General Characteristics of 1 GWp Solar Factory

Proposed capacity of the PV factory is one GWp. The factory annual production includes silicon – 3900 t., wafers – 330 MWp, solar cells – 330 MWp, stationary concentrators – 1 GWp, and solar stationary concentrator modules – 1 GWp.Total cost of the 1 GWp factory is $1,6 billion, including $0,6 billion for silicon production and $1,0 billion for wafers, solar cells, and stationary concentrator PV modules production.

The advantages of the proposed 1 GWp PV factory:The guaranteed supply of silicon wafers using new patented plasma technology for solar grade silicon production.New patented multilayer bifacial solar cells structure and technology.New patented stationary concentrator PV module design.New patented technology for solar cells encapsulation with increased service life from 20 to 40 years.Annual savings of 7800 tons of silicon, 660 MWp of wafers and 660 MWp of solar cells with total expenses $990 million due to implementation of new type of solar stationary concentrator PV module with concentration ratio 3.Saving $1 billion investments for 1 GWp factory comparing with REC’S PV factory project.The integration of silicon production in factory has several advantages. The key advantage would be the guaranteed supply of wafers and the opportunity to determine the silicon production growth rate in this way. With the constant silicon quality and optimal adaptation to the processes, higher degree of reproducibility and automation can be reached. The 1 GWp factory will have a throughput of approximately 13000 wafers per hour. The large scale allows the consumption of various media to be further minimized. With better-standardized processes, scale-reproducibility will be increased to a higher level, which leads to minimized waste and breakage rates. Finally, the investor will have better returns on investments and further reduce the price per kWp of generated solar electricity.Economic parameters of 1 GWp factory operation:

Production – 1 GWp/year;Global average wholesale module price – 3,3 $/Wp;Global average installation price – 6,0$/Wp;Revenue pool – $6 billion;Industry average pre-tax margin – 41%;Pre-tax profi t pool – $ 2,5 billion.

The factory will start operating at a capacity level of 330MWp per year in 36 months using wafers purchased from existing silicon factories.The factory will increase production up to 660MWp on the fourth year of the project. The 1 GWp capacity will be realized in 5 years after starting the project.

Conclusion

1. The paper is focusing on new patented PV technologies:1.1. Chlorine-free technology for

solar-grade and semiconductor quality polysilicon production, at the production cost 15 US $/kg using ethanol and metallurgical silicon as starting materials.

1.2. Bifacial solar cells, including matrix structures with operating voltage 10-100 V/cm2 and electric power output 1-3 kW/cm2 at concentrated radiation.

1.3. Polymer-free structure of solar modules and encapsulation technology, which increases service life of solar modules up to 50 years.

1.4. Stationary PV concentrator modules with concentration ratio 3.5-10 has the size from 100 mm to 1 km with production cost 1000 US $/kW.

1.5. Solar global power system with capacity 2,5 TW generates green electricity 24 hours a day round the year.

1.6. Resonant waveguide method of electric power transmittion is developed for local renewable-based electric grid and for solar global power system.

2. Realization of new technologies will result in increase of a role of a solar PV in future electric power generation to 80 - 90 % at the end of 21-th century.

References

[1] D.S. Strebkov, I.I. Tyukhov, “Russian section of the International Solar Energy society”. The Fifty-Year History of the International Solar Energy Society and its National sections Published by American Solar Energy Society, Inc. Boulder, Colorado, 1, 2005, chapter 17, p. 351-383.

[2] P.P. Bezrukikh, D.S. Strebkov, I.I. Tyukhov, “Renewable energy for Russian Economy”. Advances in Solar Energy, American Solar Energy Society, Boulder, Colorado. 16, 2005, p. 423-463.

[3] Strebkov D.S., Irodionov A.E. “Global solar power system”, Eurosun - 2004, Freiburg, Germany. 14 Intern. Sonnenforum 2004, 2, p. 336 – 343.

[4] D.S. Strebkov, A.I. Nekrasov “Resonant methods for electric

[048]

energija

rower transmission and application”, VIESH, M., 2006, 300 p.p.

[5] D.S. Strebkov, V.V. Zadde, A.B. Pinov, K. Touyryan, L. Murphy, “Crystalline Silicon Technology in CIS countries”, 11-th Workshop on Crystalline Silicon Solar Cell Materials and Process. Colorado, August 19-22, 2001, Extended abstracts and papers, NREL, 2001, p. 199-207.

[6] Y.S. Tsuo, K. Touyryan, J.M. Gee, D.S. Strebkov, A.B. Pinov, V.V. Zadde, “Environmentally Benign Silicon Solar Cell Manufacturing”, 2-nd World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion. 6 – 10 July 1998, Hofburg Kongresszentrum , Vienna, Austria, p. 1199-1204.

[7] P.P. Bezrukikh, D.S. Strebkov, “Renewable energy: strategy, resources, technologies”, VIESH, M., 2005, 263 p.p.

[8] D.S. Strebkov, E.V. Tverjanovich “Solar Energy Concentrators” VIESH, M., 2007 315 pp.

[9] Photon consulting Solar Annual 2007. www.photon-consulting.com.

[10] Sun and Wind Energy, 3, 2007, p. 128-136

[11] Photon International, November 2007, p. 15, 28-29.

Drago ]osi}Inovator, Doboj, Republika SrpskaPetar RakinIHIS Naučno Tehnološki Park Zemun, Beograd

UDC:621.311.22 Č 662.769.2

Vodonično gorivo kao ekološki doprinos funkcionisanju postojećih termoelektrana na ugalj

Uvod

Jedan od najvećih izazova savremene nauke u rešavanju globalno energetskih problema su pokušaji da se voda iskoristi i kao gorivo. Ovih dana smo bili informisani o rezulatima razvoja u Ruskoj Federaciji na tretmanu smeše vode i ugljovodonika kojim se dobija ekološko gorivo [1]. Ako se saopšteni rezultati stvarno mogu reprodukovati, to će predstavljati pravu revoluciju sa globalno energetskog stanovišta.Naši autori [2] od kojih je jedan drugi autor sa ovog saopštenja patentirali su uređaj kojim se od vode proizvodi (elektrohemijski) samo vodonik, što je nov doprinos u stvaranju uslova

za akumulaciju električne energije proizvedene fotonaponskim panelima.Rad prvog autora ovog saopštenja u Republici Srpskoj [3] se takođe svodio na korišćenje vode za dobijanje vodonika iz smeše vode i određenih materijala, gde se vodonik oslobađa a kiseonik ostaje u smeši reaktanata. Komponenete su takve da pri sagorevanju predstavljaju doprinos ravnomernom sagorevanju vodonika, a svojim odlaskom sa dimnim gasovima, izuzetno doprinose njihovom prečišćavanju. Proizvod je nazvan HIDROGEN EKOTERM. Gorivo pod ovim nazivom se proizvodi iz vlažne smeše „upakovane“ u granule obložene PVC folijom koja je hermetički

Rezime

Razmatra se primena novog goriva na bazi vodonika kao ekološki doprinos funkcionisanju postojećih termoelektrana na ugalj. Činjenica da se one inače tretiraju kao najveći zagađivači životne sredine u svetu, inicirao je ideju da se ovo novo gorivo na bazi vodonika, HIDROGEN EKOTERM, upotrebi kao gorivo u kotlovima termoelektrana zamenjujući 10 – 30% lignita od ukupne količine koja se koristi. Pozitivni uticaj primene ovog goriva daleko nadmašuje zamenjenu količinu lignita.Saopštenje ima za cilj da se animiraju potencijalni investitori u stvaranju uslova za industrijske probe upotrebe novog goriva, ali i za investiranje u veliko-industrijske proizvodnje ovog goriva.

Abstract

It has been analyzed application of a new alternative fuel on base of hydrogen as ecological contribution of functioning of coal thermal power plants. The fact that coal thermal power plants are treated as the highest producers, not only CO2, but all others dangerous content of gases, initiated the idea to use the new alternative fuel as additive to the coal causing much better behavior of the coal power plants from ecological point of view. It is possible of such a fuel to use in relation of 10-30% of former used coal. Positive infl uence of such an application is much bigger than relative used quantity.This lecture has a goal to animate potential investors in creating conditions to make industrial testing of use of new fuel. It will be very interesting to animate investors for large-scale production of new fuel, too.

[049]

energija

zavarena sa dodatnim „izolatorom“ (slika 1). Izolator je posebni sloj omotača granule koji sprečava prevremeni izlazak oslobođenog vodonika koji se iz vlažne smeše počne izdvajati već posle 4 minuta od njene pripreme. Pri temperaturama većim od 300°C plastični omotač sagoreva i omogućuje ravnomerno izdvajanje vodonika iz reakcione smeše i njegovo sagorevanje, dok se kiseonik iz vode vezuje za komponente reakcione smeše, onemogućavajući nastanak „praskavog gasa“.Vodonik je zapaljivi gas koji sadrži veliku količinu „principa zapaljivosti“, gori bezbojnim plamenom i oslobađa vrlo mnogo toplotne energije (1 gram vodonika oslobađa 143,146 kJ/kg):• Jedan kilogram vodonika pri

sagorevanju oslobađa 143.146 kJ/kg, dok novo gorivo hidrogen-ekoterm u obliku granula „vodonika“ oslobađa prilikom sagorevanja vodonika 95.690 kJ/kg, tj. 67% energije sagorevanja čistog vodonika.

• Novo gorivo je konkurentno svim čvrstim gorivima, jer su troškovi dobijanja jednog kilograma novog goriva oko 0.18 €, a tržišna vrednost novog goriva je 0,5 € po kilogramu. Pripreme se vrše da se industrijske probe vrše na termoelektrani GACKO, za šta je potrebno izgraditi pilot pogon za proizvodnju hidrogen- ekoterma u dnevnoj količini od 45 tona.

• Godišnja projektovana dobit u radu pilot pogona je oko 2,5 M€, pri proizvodnji od 45 tona tokom 24 sata, a zamenjuje 615 tona lignita u termoelektrani ili 8,65%. Na godišnjem nivou zamenjuje 224.475 tona lignita, odnosno umanjuje količinu pepela kao nus-produkta za 56.118 tona.

• Ovo novo gorivo već punu efi kasnost postiže pri mešanju sa ugljem u razmeri 10% u termoelektranama i prečišćava izlazne gasove na dimnjaku za više od 50%. Analize pokazuju da u mešavinama sa lignitom hidroge-ekoterm može maksimalno zameniti 30% lignita.

• U odnosu na vodonik, lignit daje samo 6% energije, tako da je novo gorivo 13,67 puta jače od lignita, ili 4,44 puta od koksa. 100 kg granula vodonika zamenjuje 1367 kg lignita ili 8-časovnu proizvodnju (15 tona) predviđenog pilot postrojenja, zamenjuje 205 tona uglja za pogon termoelektrane gde se predviđa industrijska proba funkcionisanja.

• Sagorevanje hidrogen-ekotrma se odvija u 4 faze:a) Košuljica granule je od specijalne plastične folije sa izolatorom i

ima ulogu da prikupi vodonik iz smeše (koja je prethodno stavljena u granulu). Paljenje vodonika u svom spremištu vrši se opet pomoću košuljice i izolatora jer su to goreće materije.b) Izgaranje čistog vodonika u neposrednoj blizini smeše, iz koje se izdvojio vodonik, zbog visoke temperature prouzrokuje ubrzano izdvajanje vodonika iz vode, koja je u smesi kalcijumovih i aluminatnih soli, kao i ostalih jedinjenja u smeši, koji pri tim uslovima visoke temperature (oko 1000 stepeni) izdvajaju još ubrzano sav raspoloživi (prema hemizmu) vodonik koji odmah sagoreva.c) Po prestanku izdvajanja vodonika iz smeše, nastaje samozapaljenje aluminatnih soli i ostalih silikatnih gorivih delova u smeši.d) Bez obzira na način korišćenja hidrogen ekoterma u procesu gorenja (95% granule su gorivi delovi) nesagorivi deo smeše, kalcijum oksid ili živi kreč, putujući kroz izlazne gasove u dimnjaku termoelektrane ili drugim postrojenjima, dodatno prečišćava štetne gasove, jer ih veže za sebe. Na taj način je oko 75% izlaznih gasova potpuno ekološki pročišćeno bez upotrebe fi ltera, što proizilazi iz prirode samog novog goriva.

Novo gorivo će se lakše skladištiti u

odnosu na bilo koji drugi vid energije. Rezerve su praktično neograničene, zbog toga što ova smeša izdvaja vodonik iz vode na veoma jeftin, ekonomičan, efi kasan, ekološki prihvatljiv i moderan način.Sa punim kapacitetom od 45 tona dnevno, naše gorivo u termoelektrani Gacko bi učestvovalo sa 8,65 % proizvodnje predviđenog pilot postrojenja, dok su priželjkivane potrebe termoelektrane od 156 tona našeg goriva dnevno, kako bi dostigli procenat od 30%. Dakle, plasman i proizvodnja u većem kapacitetu su gotovo izvesni. Kontakti prvog autora ovog saopštenja sa termoelektranom Stanari, koja je u izgradnji (3 miliona tona godišnje), su gotovo svakodnevni i nalazimo se u dobroj poziciji da to bude naša

Slika 1 Šema proizvodnje granula vodonika

Slika 2 Poprečni presek proizvedene granule

1. Uvođenje folije 1 pod valjke; 2. Uvođenje folije 2 pod valjke; 3, 4. Valjci; 5. Dozator supstance za proizvodnju vodonika; 6. Proizvedene granule vodonika; 7. Sekač žica koji seče i vari foliju

1. Folija 1; 2. Folija 2; 3. Sadržaj gram mol supstance za proiyvodnju vodonika; 4. Proizvedeni gas vodonik

[050]

energija

sledeća termoelektrana koja će koristiti hidrogen-ekoterm.Autorski tim je dokazao u ispitivanju granula „vodonika“ kao novog goriva niz tehničko-tehnoloških i termodinamičkih prednosti u odnosu na sva čvrsta fosilna goriva kao što su koks, ugalj, drvo,itd.Autorski tim raspolaže sa tehnologijom proizvodnje granula „vodonika“ odnosno hidrogen ekoterma i spreman je da uđe u proizvodnju sa kapacitetom od 15 tona u jednoj smeni, a predviđa se proizvodnja u 3 smene ili 45 tona za 24 sata. Ovo je potrebno iz razloga da se startuje sa mašinama koje nisu prevelikog kapaciteta zbog mogućih malih promena na samim mašinama. Sa druge strane, kao što je već rečeno kapacitet od 45 tona po jednom kalendarskom danu omogućiće 8,65% učešća novog goriva u termoelektrani Gacko kao minimalna dnevna količina. Željeni procenat je da u toj termoelektrani zauzmemo procenat od 30%, da bi na taj način smanjili dnevnu količinu uglja za 50%.Danas ova termoelektrana troši 7111 tona lignita za 24 sata i na godišnjem nivou imaju količinu pepela od milion tona. Zbrinjavanje samog otpadnog pepela je veoma skupa i svakodnevno osetljiva tehnologija, a mi ovim potezom sa novom vrstom goriva smanjujemo pepeo za više od pola miliona tona na godinu, a emisiju štetnih gasova na izlaznom dimnjaku u atmosferu smanjuje se za više od 75%.Ovim se doprinosi zajednici u kojoj živimo i postavljaju se novi standardi u oblasti spaljivanja fosilnih goriva u termoelektranama. Omogućuje nam se da idemo u korak sa svetskim ekološkim trendom, jer nudimo efi kasnije tehnologije u odnosu na postojeće.Novo gorivo ne ostavlja prilikom spaljivanja nikakve štetne posledice pa čak ni pepeo, dok su to glavni nedostatci klasičnog fosilnog goriva lignita, ono je izuzetan aditiv lignitu, jer ga osnažuje i povećava vrednosti sagorivih materija, smanjuje količinski njegovu potrošnju, pa je samim tim smanjena i emisija štetnih gasova u atmosferi.Inovativni i kreativni rad autorskog tima su osnovne snage u patentnom zaštićenom proizvodu koji je ekološki potpuno čist i ima ogromnu budućnost kod nas i u svetu. Dostupni repromaterijali za proizvodnju su 90% sa domaćeg tržišta, dok je gotov proizvod veoma lagan za transport do stabilnih kupaca kao što su termoelektrane, u budućnosti i drugi veliki potrošači, kao što su čeličane. Humaniji procesi ovih velikih zagađivača su budućnost koja

će se postići primenom ovog novog proizvoda.Autorski tim će maksimalno razvijati i podržavati stvaranje novih proizvoda na bazi patenta broj BAP 072521 jer je to vid alternativne energije koja maksimalan rezultat daje udružena sa spaljivanjem fosilnih goriva tipa ugalj, koks, drvo, itd.Pilot pogon će biti preduzeće, članica NT Parka IHIS-a, koja će očekivanom podrškom merodavnih instanci u Srbiji (što je već postignuto u Republici Srpskoj) ostvariti uslove za industrijske primene ne samo u republici Srpskoj i Srbiji nego i drugim termoelektranama i čeličanama u svetu. Ovim će se pokazati da rešavanje ekoloških problema ne mora uvek biti samo trošak, nego i profi tabilni biznis.

Literatura

1. Юрий Иванович Краснов, Вода в качестве топлива, РАО No. 12233, 25.07.2007; POСПАТЕНТ (заявка) No.96122264/06, 25.11.1996.

2. Marinković Miodrag, Goran Kostić, Miloš Simičić, Petar Rakin, Aleksandar Marinković, Generator vodonika – elektrolizer sa inertnom elektrodom i aktivnom elektrodom iz grupe anoda sekundarnih elektrohemijskih izvora električne energije sa alkalnim elektrolitom.

3. Drago Ćosić, Proizvodnja granula vodonika kao alternativnog goriva, BAP 072521 KIB: UP-00494/07, 07.01.2007.

[051]

energija

Radosavljevi} DamnjanVisoka poslovno – tehnička škola, Užice

UDC:621.57.001/.003

Proračun toplotne pumpeUvod Racionalno korišćenje energije−a pruža toplotna pumpa - TP.1938 u Evropi montirano je prva toplotna pumpa Q = 150kW.Primena je u Americi, Japanu i Evropi i u svim zemljama gde postoji nedostatak primarne energije. Mogućnosti primene toplotnih pumpi, tendencije njihovog razvoja su i tehničko−energetske i tehničko ekonomske−prirode.Na svom razvoju toplotne pumpe su imale više protivnika nego pristalica zbog jeftinog tečnog goriva, visine investicionih pumpi i pogonske osobine koje se razlikuju od konvencionalnih sistema grejanja.

Strmim porastom cene tečnog goriva i razvojem tehnologije proizvodnje, toplotne pumpe postaju sve zastupljenije. Vek trajanja je od 20−25 godina. Oni se mogu ispitati za 8−13 godina.

Faktor konverzije energije kod toplotnih pumpi

Princip rada je identičan sa principom rada RM, s tim što je količina toplote koja se predaje okolini preko kondenzatora važnija od primljene količine toplote preko isparivača (slika 1).Za procenu stepena valjanosti sistema toplotne pumpe koristi se koefi cijent grejanja koji predstavlja odnos dobijene toplote prema uloženom radu:

Slika 2

Rezime

U radu su dati kriterijumi za izbor i primenu toplotnih pumpi za grejanje prostorija. Ključne reči: Grejanje, toplotna pumpa, energija, konverzija.

AbstractCriteria for choice and application of heat pumps for heating of premises are given in this work.Key words: Heating, heat pump, energy, conversion.

Slika 1

(Karnotov koefi cijent grejanja)Stvarni koefi cijent grejanja je niži od Karnotovog kružnog ciklusa i on se dobija ako se Karnotov kofi cijent grejanja pomnoži sa faktorom od 04 ÷ 06:

Da bismo dobili realne podatke o proceni sistema, treba posmatrati Karnotove koefi cijente primarnog energetskog izvora (slika 2).TK − temperatura kondenzacije,T0 − temperatura isparavanja,TUK − temperatura nosioca toplote na ulazu u kondenzator,

[052]

energija

TIK − temperatura nosioca toplote na izlazu iz kondenzatora,∆Ti − minimalna temperaturna razlika razmene toplote u isparivaču (∆Ti = 5K) Tui − temperatura toplotnog izvora na ulazu u ISP.Tii − temperatura toplotnog izvora na izlazu iz ISP,∆TIS − minimalna temperaturna razlika razmene toplote u kondenzatoru (∆TIS = 5K)

Cn − korekcioni faktor za izračunavanje koefi cijenta grejanja stvarnog procesa (04 ÷ 06) Stvarni koefi cijent grejanja toplotnih pumpi jednak je izrazu:

Koefi cijent iskoričćenja sistema grejanja je odnos između količine toplote na izlazu iz sistema i količine toplote koja je uzeta kroz primarnu energiju − gorivo:(a) ηa = Q / Qa (za tečno gorivo=0.85)Kada se za pogon toplotne pumpe koristi električna energija koja je zavisna od stepena iskorištenja goriva ηe , tada je količina goriva za dobijanje električne energije:

(b)

ηe − označava energetski stepen iskorišćenja primarne energije (ugalj, mazut, gas) pri dobijanju električne energije od ulaza goriva u termoelektranu, preko prenosa i distribucije do potrošača ηe = 31.Iz jednačina (a), (b) dobija se količina ušteđene energije izražene gorivom pri korišćenju sistema toplotne pumpe.

ηG = 0,85 ηe = 0,31 μSTP = 0,5 μC ∆G = Q(1,176 – 6,45 /μC ) (c) Granica primene toplotne pumpe, tj. kada je ušteđena količina goriva jednaka nuli, dobije se ako se izraz u maloj zagradi jednačine (c) izjednači sa nulom:

Za vrednost μC ⟩ 5,48 opravdano je primeniti toplotnu pumpu.

Ovaj podatak je veoma značajan i daje mogućnost da pravilno izaberemo toplotni izvor pri defi nisanom sistemu grejanja.

Primer:1) Toplotni izvor je

termička voda temperature Tui = 250C,

2) Temperatura na izlazu iz isparivača Tii = 150C,

3) Temperatura u izlaznom vodu grejanja Tik = 450C,

4) Temperatura u ulaznom vodu grejanja TUK = 35%,

5) T0 = 100C, TK = 500C, R= 12.(a) Iz tabela za R = 12 očito je

koefi cijent Karnotovog kružnog ciklusa μC = 6,7.

(b) Ušteda energije izražena gorivom, ako je umesto kotla sa uljnim ležajem primenjena pumpa, jedanka je:

Iz ovoga se vidi da je energetski opravdana primena toplotne pumpe.

Mogu}nost primene toplotne pumpe

Toplotna pumpa može naći široku primenu ako su njene granice poznate i ako su njene mogućnosti primene tačne. Prilikom izbora TP treba imati u vidu sledeće:a) Temperaturno područje u kome

toplotna pumpa može ekonomično da radi relativno je malo, pa je potrebno brižljivo utvrditi temperaturu isparenja i kondenzacije.

b) Temperatura kondenzatora treba da bude što manja da bi se spoljni vazduh realno koristio kao toplotni izvor (za ovo je potrebno izabrati niske temperature sistema grejanja).

c) Temperatura toplotnog izvora mora da bude dovoljna da bi se obezbedilo grejanje do donje granice (oko 0oC); na taj način je toplotna pumpa u mogućnosti da pokrije oko 85% godišnje potrebe za energijom.

d) Uređaj mora da bude siguran u pogonu.

e) Treba primeniti rashladno sredstvo koje ne izaziva problem u radu.

f) Kompresor mora da bude zaštićen od preopterećenja i da radi što više pod punim opterećenjem.

g) Regulacija mora da bude jeftina i da omogući uštedu energije.

h) Treba koristiti sisteme toplotnih pumpi za ugradnju u konvencionalne sisteme grejanja pri čemu postojeći konvencionalni sistem treba upotrebiti za dodatno grejanje.

Literatura

1. Todorović, B.: Klimatizaciona postrojenja, SMEITS, Beograd,1977.

2. Harris, N., C. Miller, I.Tomas: Solar energy systems Design, John Wiley & Soi New York, 1985.

3. IHVE Guide, Vol. A, The Chartered Institution of Bulding Servise Enginers, London, 1970.

4. Todorović, B.: Distribution of Solar Energy Foloving its Transmital Through Wudow Panes, ASHRAE Transactions, Atlanta, SAD, 1984.

5. ASHRAE Fundamentals, ASHRAE, Atlanta, SAD, 1993. i 1997.

6. Mrdalj, D.: Izračunavanje toplotnog opterećenja klimatizovane prostorije putem metode prenosnih funkcija, diplomatski rad (mentor B. Todorovic), Mašinski fakultet, Beograd, 1996.

7. Todorović, B.: Računski podaci za određivanje potrebne količine toplotne za grejanje, časopis “KGH”, 3/1975. SMEITS, Beograd.

8. Todorovic, B.; Sunčevo zračenje kroz prozore, časopis “KGH”, 3/1975, SMEITS, Beograd.

9. Todorović, B.: Projektovanje postrojenja za centralno grejanje, Mašinski fakultet, Beograd, 1996.

Slika 3

[053]

energija

10. Jones, W.P.: Air Conditioning Engineering, E. Arnold, London, 1973.

11. Todorović, B.: Heat Storage in Building Struczure and its Effekt on Cooling Load Hemisphere publishing, Corp, SAD,1990.

12. Todorović, B.: Actual Cooling Load from Solar Radition thorugh Windows of An Conditioned rooms, obj.u Heat Transfer and current Application, IIR. Paris, 1969.

13. Recknagel, Sprenger, Henmann: Tashehbuch fur Heizung + Klimatechnik, 62 izd. Olderbung Verlag, Munchen, 1994.

14. Maksimov, G. A.: Otoplenie i ventiljacija, Gosudarstvennoe izdatel’stvo, Vissaja škola, Moskva, 1963. i 1968.

15. Hall, W. M.: Bildungs Werk die Luftfuhning in belufteten Raumen, VDI, Düsseldorf, Nemačka.

16. Kozić, Đ., B. Vasiljevic, V. Bekavac: Priručnik za termodinamiku, Mašinski fakultet, Beograd, 1990.

17. Vujić, S.: Rashladni uređaji, Mašinski fakultet, Beograd, 1990.

18. Kreider, J., A. Rabl: Heating and Cooling of Buildings, McGraw-Hill, New York, 1994.

19. Ihle, C.: Klimatechnik mit Kältetechnik, Werner Verlag, Düsseldorf, Nemačka, 1996.

20. Nikolić, Z.: Istraživanja osobina fi ltera za vazduh i utvrđivanje kriterijuma za njihovu klasifi kaciju, magistarski rad (mentor B. Todorović), Mašinski fakultet, Beograd, 1994.

21. ASHRAE Systems and Equipment Handbook, ASHRAE, Atlanta, SAD, 1996.

22. McQustion, S.: Cooling and Heating Load Calculation Manual, II izd., ASHRAE, Atlanta, SAD, 1992.

Mr Bogdan Petkovi}, dipl.in`.Slavi{a Stefanovi}, dipl.in`.Boban Todorovi}, dipl.in`.

Vođenje procesa konvertorovanja bakarnih kamenaca u cilju korišćenja maksimalnih energetskih mogućnosti

1. UvodPirometalurgija bakra podrazumeva, pored ostalog, i konvertorovanje bakarnih kamenaca (u daljem tekstu bakrenac) do blister bakra. Sam proces konvertorovanja bakrenca je autogen proces koji je zasnovan na egzotermnosti reakcija oksidacije sulfi da metala kojih ima u bakrencu.Konvertorovanje bakrenca se izvodi u

dva perioda. Prvi period ili rad na šljaku i drugi period ili rad na bakar.U radu je izučavan proces konvertorovanja bakrenca sa posebnim osvrtom na drugi period rada konvertorovanja sulfi da bakra do blister bakra.Cilj je bio defi nisanje optimalnih energetskih mogućnosti i korišćenje ekvivalentnih viškova toplotne energije,

Rezime

Pirometalurgija bakra podrazumeva, pored ostalog, i konvertorovanje bakarnih kamenaca (u daljem tekstu bakrenac) do blister bakra. Sam proces konvertorovanja bakrenca je autogen proces koji je zasnovan na egzotermnosti reakcija oksidacije sulfi da metala kojih ima u bakrencu.Konvertorovanje bakrenca se izvodi u dva perioda. Prvi period ili rad na šljaku i drugi period ili rad na bakar.U radu je izučavan proces konvertorovanja bakrenca sa posebnim osvrtom na drugi period rada, konvertorovanja sulfi da bakra do blister bakra.Cilj je bio defi nisanje optimalnih energetskih mogućnosti i korišćenje ekvivalentnih viškova toplotne energije, koje su rezultat egzotermnosti procesa konvertorovanja.U radu je primenjen analitički pristup u uslovima pogonskih istraživanja i obrade rezultata postignutih na odeljenju konvertora Topionice bakra u Boru.Ključne reči: konvertorovanje, autogen proces, drugi period, višak toplotne energije.

Conducting the process of copper scales converting for the purpose of utilizing the maximum energy possibilities

Pyrometallurgy of copper signifi es, besides other things, also the converting of copper scales (hereafter matt) till the blister copper. The process of matt converting itself is autogeneous process based on the exothermic characteristic of oxidation reactions of metal sulphides contained in matt. Matt converting is conducted in two periods. First period or slag operation and the second period or copper operation. In the elaborate was studied the matt converting process with special view on to the second period of converting operation of copper sulphides till the blister copper. The target was to defi ne the optimum energy possibilities and utilization of equivalent surplus heat energy, which are the result of exothermic characteristic of the converting process. In the elaborate was applied the analytic approach in the conditions of plant investigations and processing of the results achieved in the converter aisle in the Copper Smelter in Bor. Key words: converting, autogeneous process, second period, surplus heat energy.

[054]

energija

koje su rezultat egzotermnosti procesa konvertorovanja.U radu je primenjen analitički pristup u uslovima pogonskih istraživanja i obrade rezultata postignutih na odeljenju konvertora Topionice bakra u Boru.Postupak je u primeni od 1994 god., a nastao je kao rezultat istraživanja mr. Bogdana Petkovića i njegovih saradnika sa odeljenja konvertora.

2. Definicija problema

Drugi period ili rad konvertora na bakar; u konvertoru se odvija proces tako što se vrši oksidacija rastopa sulfi da bakra, Cu2S sa vazduhom. Za hlađenje kupke konvertora i regulaciju temperature precesa koristi se samo hladan bakarni uložak visoke čistoće i to u količinama od 30 do 35 t, po operaciji. Problem nedostatka povratnog hladnog bakra za odeljenje konvertora Topionice bakra u Boru, do punog izražaja došao je u 1993.god.Da bi smo to pojasnili navešćemo u tabeli 1 podatke o količinama primljenih na preradu i pretopljenih količina hladnog bakra na odeljenju konvertora Topionice bakra u Boru, za niz godina proizvodnje.Na slici 1 prikazano je kretanje količina hladnog bakra koje su primljene za topljenje na odeljenju konvertora za period od 1985 do 1999.god.Jasno se može uočiti da se problem nedostatka povratnog hladnog bakra pojavio početkom devedesetih godina.Hronično je bio izražen a akutno je kulminirao u 1993.god (tačka A na slici 1). Tu je i nastao čitav problem. U uslovima nedostatka hladnog bakra, pojavio se

problem nemogućnosti ublažavanja ogromnog viška toplote, što je izazvalo izraženo visoko-temperaturni režim rada u toku drugog perioda. To je za posledicu pak, imalo rapidno skraćenje dužine kampanje konvertora odnosno smanjenje proizvodnosti konvertora u kampanjama.

Naglo smanjena proizvodnost konvertora u kampanjama je sa svoje strane izazvala učestalu reparaciju konvertora, što je prouzrokovalo enormno visoku potrošnju bazne opeke, a saglasno sa tim i povećanje proizvodne cene koštanja po toni proizvedenog bakra.

Tabela 1 Pretopljene količine hladnog bakra u konvertorskim operacijama, Topionice u Boru

Slika 1 Dijagram pretopljenih količina hladnog bakra u II periodu

- kriva 1. potrebne količine hladnog bakra po jednoj konvertorskoj operaciji- kriva 2. raspoložive količine povratnog bakra za potrebe drugog perioda

[055]

energija

Zabeležena potrošnja bazne opeke za reparaciju konvertora u 1993 god. iznosi čak 8,39 kg/t. proizvedenog bakra. Česta su bila i havarijska probijanja rastopa, naročito pred kraj i onako kratkih kampanja i to upravo u toku rada konvertora na drugi period/14/. To znači da su reparacije konvertora morale vremenski duže da traju, jer su plaštovi konvertora zahtevali obimnije sanacije, koje su po pravilu sada morale duže da traju.Tehnološko rešenje za nedostatak hladnog bakra, uspešnu regulaciju temperature procesa, produženje kampanje konvertora, dovođenje potrošnje bazne opeke u granice normalnih veličina, osvojeno je i u proizvodnju topioničkog bakra uvedeno početkom 1994 god. od strane autora i njegovih saradnika.

3. Izvori nastajanja hladnih bakronosnih materijala

Količina i sastav hladnih bakronosnih materijala, koji se stvaraju za nivo proizvodnje od 100.000 t, bakra iz svežih sirovina topionice bakra u BoruNa osnovu iskustvenih podataka, napravljena je struktura hladnih materijala, koji se stvaraju u normalnim uslovima proizvodnje:- hladna konvertorska šljaka iz lonaca za

transport šljake- hladan bakrenac iz lonaca za transport

bakrenca- hladan bakrenac iz kanala plamene

peći- materijal ispod konvertora i ostalog

dela konvertorske hale- hladan bakar iz lonaca za transport

blistera- materijal iz lonaca za transport šljake

anodnih pećiZa uslove proizvodnje 100.000 t, bakra iz svežih sirovina, uz izradu kalaja na konvertorima, može se dati pregled količina svih hladnih materijala, tabela 2.Prema tome ukupna količina hladnog materijala koja se stvara u normalnim uslovima proizvodnje za 24 h, za nivo od 100.000 t, iznosi 240 t/24h.Kako je napred navedeno mogućnosti konvertora Topionice u Boru za ovaj nivo proizvodnje i sa bakrencem koji sadrži 40% Cu jesu da se energijom konvertorovanja prvog perioda dnevno može preraditi oko 170 t, hladnog materijala. Razlika od 60-65 t/24h se mora preraditi nekim od poznatih postupaka.

4. Iskustva u svetu

Klasični PS konvertori su i u novim pirometalurskim tehnologijama

ostali sastavni deo tehnološkog lanca proizvodnje. Od momenta kada je patentiran, 1909 Baltimor-USA, od W.H.Pierce i E.A.S.Smith-a, PS konvertor je doživeo mnoga unapređenja, ali je model horizontalnog konvertora ostao isti. Poslužio je za izgradnju modernih tehnologija topljenja bakra u rastopu kao što su Noranda proces, EL TENIENTE konvertori itd. U oko 150 topionica, danas su u radu oko 300 konvertora tipa PS/2/. To dovoljno govori o njihovom učešću u savremenoj pirometalurškoj proizvodnji bakra.

4.1. Magma

Pod naslovom najveća svetska Topionica (WORLD,S LARGEST FLASH SMELTER) - COPPER USA, ova Topionica objavljuje, uspeh u izboru, razradi fl ash tehnologije topljenja bakarnih koncentrata.U delu konvertorovanja Magma objavljuje da je pri radu sa bogatim bakrencima, bilo velikih problema sa stvaranjem viška hladnih materijala “delimično zbog radikalne promene u toplotnom bilansu procesa,,/8/.Drugi razlozi naglog stvaranja viška hladnih materijala su bili kolebanja u sadržaju bakra u bakrencu, loše šljakovanje, “penušanje konvertora zbog prevođenja željeza u bakarnu šaržu”, ili stvaranje debelog sloja šljake kod završnog duvanja na bakar itd. Kada se u Magmi pojavila velika količina hladnih materijala ”utvrđene su metode za rešavanje ovog problema”.

U toku proteklih godina su razrešeni veliki problemi na odelenju konvertora/8/. Sadržaj bakra u šljaci je na projektovanoj vrednosti od 8% Cu, hladni materijali su rešeni, kampanja duvnica je produžena na 39.000 st.bakra. Postoje indicije da upravo Magma, na svom odelenju konvertora topi hladan materijal (klasifi ciran) u toku drugog perioda procesa konvertorovanja.

4.2. Saganoseki Smelter & Rafinery

Interesantan je primer Saganoseki topionice u Japanu. Ova topionica je modernizovana sedamdesetih godina, poseduje dve Flash peći za proizvodnju bakrenca, koji sadrži oko 58% Cu. Saganoseki prerađuje bakrenac u standardnim P.S. konvertorima čije su osnovne karakteristike:- dimenzije 4,2x10.00 m- duvnice 48 kom, prečnika 50 mm- kapacitet 130 t, blistera/operaciji- količina

duvanja 600 do 630 Nm3/min; 1,05 at.Prema podacima ove topionice, na njihovom odeljenju konvertora se vrši uspešna klasifi kacija hladnih materijala. Lonci kojima se transportuje tečni bakrenac i konvertorska šljaka se zamenjuju istresanjem njihovih korki na za to posebno određenoj lokaciji u hali konvertora. Lonci kojima se transportuje blister bakar se zamenjuju tako što se njihove korke istresaju u prazne lonce, radi kasnijeg topljenja u konvertorima za vreme rada na drugi period.

Tabela 2 Količine hladnih materijala koje se stvaraju na relaciji topljenje-konvertori za 24 sata

Slika 2 Izgled standardnog Pirs-Smit konvertora

[056]

energija

Materijalni bilans drugog perioda jedne konvertorske operacije u Saganosekiju je prikazan u tabeli 3.Kao što se vidi iz prethodne tabele, u toku rada na drugi period se dodaju i hladni materijali(sa visokim sadržajem bakra), što govori u prilog činjenici da se vrši klasifi kacija hladnih materijala koji se tope u toku procesa konvertorovanja, tako da se siromašniji hladni materijali pretapaju u toku rada konvertora na prvi period, a bogati na bakru u toku drugog perioda rada.Treba napomenuti, da je u svetu vrlo malo ili gotovo nikako objavljenih podataka o pretapanju hladnih materijala pri radu konvertora na bakar.Ukoliko se u nekoj topionici i tope hladni materijali u toku drugog perioda procesa konvertorovanja, nema službeno objavljenih podataka, tako da je gotovo nemoguće videti i tuđa iskustva.Odeljenje konvertora Topionice bakra u Boru, je bilo prinuđeno da za problem hroničnog nedostatka hladnog bakarnog uloška za potrebe drugog perioda procesa konvertorovanja, traži rešenje. Ono je pronađeno i osvojeno u februaru 1994/14/ i danas čini sastavni deo vremenskog ciklusa odeljenja.

5. Rešavanje problema

1.1 Energetske mogu}nosti prvog perioda konvertorovanja

Sa stanovišta dobijanja toplote, najvaznije reakcije prvog perioda jesu reakcije oksidacije FeS i reakcije stvaranja konvertorske šljake.Ove se reakcije mogu predstaviti kao:- 3/5 FeS+ 02 = 1/5 Fe3O4+ 3/5 SO2 +

1.720. 989 kJ (5.1) a reakcija stvaranja konvertorske šljake:- 3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO.SiO2)

+ SO2 + 90.054 kJ (5.2)Jasno se vidi da ključno mesto u energetskom bilansu prvog perioda ima reakcija stvaranja magnetita.Reakcija 5.1 zapravo predstavlja bazu autogenosti prvog perioda konvertorovanja. Prema toj reakciji

Tabela 3 Materijalni bilans drugog perioda konvertora u Saganosekiju /9/

Slik

a 3

Mod

el k

onve

rtor

ske

oper

acije

stvara se skoro 20 puta veća količina toplote u odnosu na reakciju 5.2. Ne samo da je proces konvertorovanja autogen, već se ogromni višak toplote koji se nužno proizvodi odvijanjem procesa, mora utrošiti pretapanjem odgovarajućih količina hladnih bakronosnih materijala i to iz dva razloga:

[057]

energija

- da bi se izbeglo povišenje temperature konvertorskog kupatila iznad optimalnih vrednosti, koje može imati niz negativnih posledica i

- da bi se jedan deo bakronosnih materijala, koji se inače nužno mora proizvoditi u normalnom tehnološkom postupku na potezu jedinica za topljenje – konvertori, energijom konvertorovanja “vratio” u proces.

Pretapanje hladnih materijala na konvertorima je promenljiva kategorija, zavisna od više faktora, od kojih su najbitniji:- sadržaj Cu u bakrencu,- količine hladnih materijala koje su

namenjene preradi preko konvertora,- sadržaj Si02 u konvertorskoj šljaci,- sadržaj 02 u vazduhu za oksidaciju,- tehnološka organizacija rada u celini

i t.d.Polazeci od osnovne jednačine prvog perioda produvavanja /1/4FeS + 37/6(O2+3,76N2+0,0476H2O).λ = 3FeO + 1/3Fe3O4

+ 4SO2 + 37/6(3,76 N2 + 0,0476 H2O)λ + (λ-1) 37/6 O2

i reakcije stvaranja silikata2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO2

može se izračunati da je za, recimo sadržaj bakra u bakrencu od 40%, višak toplote prvog perioda:182.358 kJ/t, prerađenog bakrencaTo je količina toplote koja se može upotrebiti za pretapanje hladnog bakronosnog materijala i na taj način povećati kapacitet topionice u celini.Na slici 3 prikazan je tip konvertorske operacije za sadržaj bakra u bakrencu od 38%.

5.2 Energetske mogu}nosti drugog perioda procesa konvertorovanja

Po izlivanju zadnje količine šljake iz konvertora, na kraju prvog perioda rada, u konvertoru ostaje samo čist sulfi d bakra, Cu2S. Tada počinje drugi period konvertorske operacije. Produvavanjem rastopa Cu2S vazduhom u konvertoru se vrši odgorevanje sumpora. Kao fi nalni proizvod se dobija blister bakar visoke čistoće, do 99,3% Cu.Osnovne reakcije drugog perioda su:Cu2S + 1,5 O2 = Cu2O + SO2 (5.3)2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2 (5.4)Egzotermnost ovih reakcija obezbeđuje autogenost procesa, a viškom toplotne energije se pretapa čist hladni bakarni uložak (povratni retur iz elektrolitičke rafi nacije, blisterni kalupi itd.). U momentu kada sav sumpor iz rastopa izgori, proces se prekida, a kao rezultat navedenih reakcija, u konvertoru se

dobija tečni blister bakar sa 99 do 99,3% Cu. Drugi period, rad konvertora na bakar, izvodi se praktično u kontinuitetu.Prekida se samo kod šaržiranja hladnog bakronosnog uloška a sadržaj bakra i sumpora se menja po pravoj liniji, brzinom koja je proporcionalna količini uduvanog vazduha u jedinici vremena. Na slici 4 prikazan je tok drugog perioda, rada konvertora na bakar.

- Zadati sastav šljake na kraju procesa:- 50,0% Cu- 18,18% Fe- 0,07% S

- Količina belog mata 106.t.- Količina vazduha za oksidaciju 600

Nm3/min Kao što se vidi iz tabele 4, za uslove proizvodnje 80 t, bakra iz svežih sirovina, bez pretapanja povratnog hladnog bakra, koji je inače potreban

za regulaciju temperature procesa, višak toplotne energije iznosi preko 40.000 103 kJ. To znači da je za održavanje temperature procesa, u drugom periodu, potrebno od 30 do 35 t,

hladnog bakra. Naravno ta količina je promenljiva i zavisi pre svega od količine i sastava belog mata sa kojim konvertor startuje na drugi period. U tabeli 5 su prikazani rezultati proračuna toplotnog bilansa za uslove topljenja 16 t, hladnog materijala specifi ciranog u poglavlju 3. Vidi se da je sada višak toplote znatno manji i iznosi svega 5. 832.008 103 kJ.Za energetske proračune u industrijskim uslovima, za drugi period procesa konvertorovanja, sumarno hemizmu procesa mogu biti izraženi kao: Cu2S + (O2 + 3,76 H2 + 0,0476 H2O).λ = 2Cu + SiO2 + (3,76 H2 + 0,0476 H2O) λ + (λ - 1) 37/6 O2 .gde je λ - koefi cijent iskorišćenja vazduha/17/.Za uslove Topionice bakra u Boru, koefi cijent iskorišćenja tehnološkog

vazduha drugog perioda procesa konvertorovanja iznosi 95%/17/.

6. Rezultati

Očuvanje ozida konvertora u zoni duvanca i smanjenje potrošnje bazne opeke za reparacijuNakon uvođenja tehnologije topljenja hladnog materijala, po sastavu specifi ciranom u poglavlju 3. ponašanje ozida, na kraju svake

Slika 4 Rad konvertora na bakar

gde je :x - korpa hladnog bakra1 - šljaka od bakra2 - blister bakarProračun toplotnog bilansa u industrijskim uslovima, pri radu konvertora na bakar, prikazan je u tabeli 4. Proračun je urađen za uslove u kojima se ne topi hladan bakar, sa ciljem da se utvrdi koji je to višak toplotne energije, koji se treba ublažiti, topljenjem povratnog hladnog bakra kako bi mogla da se reguliše temperatura procesa i u toku drugog perioda.Polazni podaci:- Zadati sastav blister bakra:

- 99,2 % Cu- 0,03% Fe- 0,023% S

Tabela 4 Toplotni bilans II perioda procesa konvertorovanja kod produvavanja belog mata vazduhom

[058]

energija

konvertorske operacije se izmenilo.Na ozidu konvertora više nisu bile izražene tamne fuge između opeka i nisu se mogli uočiti kanali na samim duvničkim opekama. Konvertori u zoni duvnica, po završetku operacija, više nisu imali drastično manje vrednosti. Debljina ozida u zoni duvnica je pokazivala vrednosti slične vrednostima prethodnih operacija.Vizuelno, konvertori su po završetku operacija, imali ravan ozid u zoni duvnica. Sprečeno je razaranje duvničke opeke.Potrošnja baznih vatrostalnih opeka za reparaciju konvertora je naglo opala i svedena je u normalne okvire. Konvertori su mogli da uđu u reparaciju ozida planiranom dinamikom remonata. Kampanje konvertora su značajno produžene. Od kampanja koje su se kretale od 60 do 90 operacija po kampanji,broj operacija je stabilizovan u rasponu od 150 do 170 operacija.

U tabeli 6 prikazani su podaci o broju operacija po kampanjama konvertora u 1994. i 1995. godini nakon uvođenja tehnologije topljenja hladnih materijala u toku rada konvertora na bakar.Kampanje su na konvertorima dostizale 200 pa i više operacija, takođe, u uslovima nedostatka hladnog bakra za potrebe drugog perioda procesa konvertorovanja, ali u uslovima

topljenja 16 t, hladnog materijala u toku rada na bakar (tabela 7).Na slici 5 je prikazan opšti trend kretanja broja konvertorskih operacija po kampanjama konvertora nakon uvođenja tehnologije topljenja klasiranih hladnih materijala u drugom periodu rada konvertora Topionice bakra u Boru.Prikazani rezultati nedvos-misleno govore, da je osnovni cilj topljenja hladnog materijala i u toku drugog perioda rada konvertora, koji je bio očuvanje ozida konvertora, ispunjen.

Količine hladnih materijala, pretopljenih u drugom periodu na odeljenju konvertora topionice bakra u Boru Došli smo do zaključka da su mogućnosti drugog perioda u našim uslovima odista velike. Navešćemo podatke, koji, po našem mišljenju, govore u prilog ove tvrdnje. U tabeli 8 prikazane su količine hladnih materijala, specifi ciranih u poglavlju 3, pretopljene samo za vreme rada konvertora na drugi period, od početka pretapanja, 1994.godine. Vidi se da je samo u toku rada konvertora u drugom periodu, za period 1994 do 2000. god pretopljeno 81.889,4 t, hladnog materijala. Na taj način je ekvivalentnim viškom toplote drugog perioda, mobilisano preko 20.000 t, bakra. Očigledno je da su u pitanju velike mogućnosti odeljenja konvertora.Ako za primer uzmemo godinu maksimalne proizvodnje 1990, u kojoj je proizvedeno 174.484 t, anodnog bakra, može se doneti sledeći zaključak.U 1990 godini urađeno je 1591 konvertorskih operacija. Izveženo je sa odeljenja konvertora 34.230 t, hladnog materijala, na preradu u WJ pećima. Za slučaj da je i tada topljen hladan materijal u toku drugog perioda izvežene količine bile bi znatno manje, jer se sa 1591 konvertorskom operacijom može pretopiti:

Tabela 5 Toplotni bilans II perioda procesa konvertorovanja sa topljenjem hladnog materijala u količini od 16 t, specifi ciranih u poglavlju 3

Tabela 6 Broj operacija u kampanjama konvertora za 1994. i 1995.

Tabela 7 Broj operacija konvertora po kampanjama za 1996 i 1997.

Slika 5 Kretanje broja operacija po konvertorima nakon uvođenja tehnologije topljenja hladnih materijala u drugom periodu rada

[059]

energija

1591 x 16 = 25.456 t, hladnog materijala.To znači da bi količina izveženog hladnog materijala bila znatno manja. Mišljenja smo da je upravo ovaj postupak, topljenja hladnih materijala u toku rada konvertora na bakar, doprineo u mnogome smanjenju izvoza hladnog materijala sa odeljenja konvertora na odeljenje WJ peći. Sada te količine nisu pedeset pa i više hiljada tona hladnog materijala godišnje.U cilju zaokruživanja ciklusa prerade hladnih materijala u avgustu 1994. počelo se sa eksperimentalnim topljenjem i tokom rada konvertora na kalaj. U tabeli 9 prikazane su količine pretopljenog bakronosnog materijala tokom rada konvertora na kalaj. U tabeli 10 prikazane su količine proizvedenog blister bakra po jednoj

konvertorskoj operaciji za dva perioda. Prvi (1990 do 1992) kada je na odeljenju konvertora bilo dovoljno hladnog bakra i drugi (1993 do 1997) kada je prisutan problem akutnog nedostatka hladnog bakra za hlađenje konvertora u toku drugog perioda. Vidi se da je prisutan problem nedostatka hladnog bakra, ali da proizvodnost konvertora po operaciji nije ugrožena, bez obzira na vrlo male količine raspoloživog hladnog bakra.

7. Ekonomska analiza

Ekonomska analiza postupka topljenja hladnih materijala u toku rada konvertora na drugi periodEkonomska analiza topljenja hladnih klasiranih bakronosnih materijala u toku drugog perioda rada, na odeljenju

Tabela 8 Količine hladnih materijala prerađenih za vreme rada konvertora na bakar

Tabela 9 Broj urađenih kalaja sa pretopljenim količinama hladnog materijala iz poglavlja 3

Tabela 10 Količine proizvedenog blister bakra po jednoj konvertorskoj operaciji

konvertora Topionice bakra u Boru, može se prezentovati na osnovu izloženih rezultata u prethodnim poglavljima.Kao sto je receno nedostatak povratnog hladnog bakra za potrebe hlađenja konvertora tokom drugog perioda rada, je u 1993 god. kao prvu posledicu imao enormno povećanje potrošnje bazne opeke i vezivnih materijala, za reparaciju konvertora, koja je dostigla enormnu vrednost od čak 8,9 kg/ po toni proizvedenog anodnog bakra.To je značilo odgovarajuće povećanje cene koštanja proizvedenog bakra, obzirom da je bazni materijal jedan od ključnih normativnih troškova zbog svoje visoke cene koštanja.Nakon uvođenja tehnologije topljenja hladnih materijala i tokom drugog perioda rada, takođe u uslovima hroničnog nedostatka povratnog bakra, potrošnja bazne opeke se svodi u normalne okvire.Na taj način ostvarena je značajna dobit a rezultati su prikazani u tabeli 11.Smanjenje potrošnje bazne opeke u periodu topljenja hladnih materijala zapravo predstavlja razliku između baznih materijala utrošenih za reparaciju konvertora u 1993 god. kada nije topljen hladan materijal u drugom periodu rada i utrošenih količina za reparaciju konvertora u periodu sa topljenjem hladnih materijala.Ostali troškovi (ugovorne obaveze,potrošnja elektroenergije i drugi režijski troškovi) su isti u oba slučaja i zbog toga i neće biti razmatrani. Prema podacima ekonomske službe TIR-a, prosečna cena koštanja bazne opeke, po toni, iznosi 600 €.Podaci o ekonomskom efektu po ovom osnovu prikazani su u tabeli 11.Kao što se može videti samo u 1994 god., prosečno godišnje smanjenje troškova na osnovu manje ugrađenih količina baznih opeka ima gotovo istu vrednost kao i ugrađena opeka za 1993.Smanjenje potrošnje bazne opeke za tekuće remontovanje konvertora ima svoju ekonomsku “snagu” koja za period 1994-2000 god. iznosi preko 3.000.000 DEM.Drugu značajnu ekonomsku dobit kompanija ostvaruje kroz sam postupak topljenja hladnih materijala. Viškom toplotne energije drugog perioda tope se hladni bakronosni materijali ‘’a ne ozid konvertora”, pri čemu se bakar koji je “zarobljen” u hladnim materijalima topljenjem prevodi u fi nalni topionički bakar.Marketing RTB-a, cenu blister bakra formira tako što od cene katodnog

korpa hladnog materijala = 8 t.

[060]

energija

bakra na svetskom tržištu oduzima cenu prerade blister bakra. Na bazi podataka ove službe prosečna cena blister bakra za period 1994-2000.god iznosi 1.959,692 USD po toni. Pregled ove ekonokske dobiti prikazan je u tabeli 12. Usvojeno tehnološko iskorišćenje na bakru je 85%. Sadržaj bakra u hladnim materijalima je 25%( kao u neklasiranim hladnim materijalima).Hladni bakronosni materijali koji se stvaraju na potezu jedinica za topljenje-konvertori, sadrže i određene količine plemenitih metala. Autori/3/, objašnjavaju koefi cijente distribucije različitih metala, navodeći rezultate Nagamorija dobijene za Noranda reaktor. Ovi koefi cijenti distribucije se analogno mogu primeniti i na proces konvertorovanja bakarnih kamenaca/3/. Prema podacima službe tehničke obrade podataka, Topionice bakra u Boru, za period 1994-2000 god., prosečni sadržaj zlata i srebra u hladnim materijalima, najniži je na mestu gde se vrši “zamena lonaca” i iznosi:

Au=4,27gr/t i Ag=32,6gr/t

Obzirom da se radi o pretopljenim količinama hladnih materijala samo u drugom periodu rada, usvojićemo iskorišćenje od, takođe 85%. Proizvedene količine ovih plemenitih metala, prikazane su u tabeli 13, a ekonomski efekat je izračunat na osnovu podataka dobijenih od službe marketinga RTB-a, tabela 13.Obzirom da se radi o značajni fi nansijskim efektima, više je nego očigledna činjenica da je, u uslovima hroničnog nedostatka povratnog hladnog bakra, viškom toplotne energije drugog perioda ekonomski daleko isplativije topiti hladan materijal i na taj način proizvoditi bakar, nego “topiti” ozid konvertora uz povećanje troškova za reparaciju konvertora. Ovako ostvarene ekonomske dobiti kompanije svakako nisu konačne. Postupak topljenja hladnih materijala u toku drugog perioda rada je sastavni segment vremenskog ciklusa odeljenja konvertora, i kao takav će svakako i nadalje imati svoje pozitivne ekonomske efekte.Vrednosti ekonomskih efekata

nedvosmisleno govore da sa tehnologijom topljenja hladnih materijala u toku drugog perioda rada, svakako treba nastaviti i u budućnosti.

8. Zaklju~ak

U radu je izučavan proces konvertorovanja bakrenca sa posebnim osvrtom na drugi period rada, konvertorovanje belog mata (Cu2S), do blister bakra.Cilj je bio defi nisanje optimalnih energetskih mogućnosti i korišćenje ekvivalentnih viškova toplotne energije, koje su rezultat egzotermnosti procesa konvertorovanja, u svim periodima rada.Analitički pristup primenjen u ovom radu, u uslovima pogonskih istraživanja i obrade rezultata,

postignutih na odeljenju konvertora Topionice bakra u Boru, omogućuje potpuniji uvid u načine korišćenja energetskih mogućnosti drugog perioda konvertorovanja bakrenca.Korišćenje viška toplotne energije prvog perioda, u literaturi je detaljno diskutovano i izučavano, te se i u pogonskim uslovima i primenjuje za topljenje hladnih povratnih materijala.Do sada poznata rešenja za drugi period, podrazumevala su korišćenje viška toplotne energije ovog perioda, isključivo za topljenje čistog bakarnog uloška.Rezultati ovog rada dokazuju da je visoko-temperaturni režim drugog perioda, svakako veoma nepovoljan za rad konvertora, što je prouzrokovano neiskorišćenim viškom toplote, u uslovima kada se ne raspolaže sa čistim bakarnim uloškom..Suština istraživanja u ovom radu je tehnologija topljenja raspoloživih bakronosnih materijala, a ne samo čistog bakra, u cilju korišćenja viška toplote i dovođenja procesa konvertorovanja na jedan niži temperaturni nivo, koji je sa aspekta procesa prihvatljiviji, a ne utiče značajno na hemizam procesa.Elementi o kojima je predhodno bilo reči, našli su svoje mesto u ovom radu, a rezultati teorijskih i praktičnih istraživanja mogu poslužiti za donošenje sledećih zaključaka:1. Drugi period procesa konvertorovanja

je takođe autogen, a ekvivalentni višak toplotne energije koji se može upotrebiti za topljenje hladnih bakronosnih sirovina, iznosi

Tabela 11 Ekonomska dobit po osnovu manje utrošenog baznog materijala za ozidavanje konvertora

Tabela 12 Količine bakra preoizvedene topljenjem hladnih materijala u toku rada konvertora na bakar, za period 1994. – 2000. god.

Tabela 13 Proizvedene količine zlata i srebra za period 1994-2000 god.

[061]

energija

416,94x103 kJ/t. Cu2S sa sadržajem 76%Cu.

2. Termodinamička analiza pokazuje mogućnost topljenja klasiranih hladnih materijala, sa sadržajem bakra, ne manjim od 55%. Uglavnom su to najbogatiji hladni bakronosni materijali (bakrenac, šljake sa anodne rafi nacije, završne šljake procesa konvertorovanja, beli mat i.t.d) koji se formiraju u Topionici. Temperaturni režim rada tokom drugog perioda moguće je voditi na umerenijim temperaturama, ne većim od 1200 0C. Ovo značajno utiče na produženje veka trajanja vatrostalne obloge konvertora.

3. Topljenjem hladnih materijala i u drugom periodu procesa konvertorovanja, povećava se kapacitet topljenja, čime se ostvaruju značajni efekti zbog manjeg angažovanja agregata za topljenje.

4. Rezultati proizvodne i ekonomske analize, ukazuju da realno postoje mogućnosti za korišćenje viška toplote u oba perioda rada, i da se samo u drugom periodu mogu preraditi značajne količine hladnih materijala (16 t, hl. mat/konvertorskoj operaciji), koje imaju važno mesto u ukupnom bilansiranju stvorenih i pretopljenih hladnih materijala.

5. Obzirom na aktuelan trenutak zamene postojeće tehnologije, novom jedinicom za topljenje, i najavom proizvodnje znatno bogatijih bakrenaca, topljenje hladnih materijala za vreme rada konvertora na bakar, svakako dobija još više na značaju. Posebno u uslovima primene vazduha obogaćenog tehničkim kiseonikom.

Na kraju, na bazi postignutih rezultata u ovom radu i u praktičnoj primeni, možemo konstantovati da su iskorišćene sve energetske mogućnosti konvertorovanja, u svim periodima rada, kao i kod rada konvertora na “kalaj”.Rezultati istraživanja se već primenjuju u industrijskoj praksi Topionice u Boru, i pre svega omogućili su zatvaranje tehnološkog procesa topljenja, konvertorovanja i plamene rafi nacije blister bakra, bez rastura hladnih materijala, i bez angažovanja dodatnih jedinica za topljenje.Svakako, valja naglasiti da zatvaranje ciklusa prerade hladnih materijala koji se normalno stvaraju u toku procesa proizvodnje, veoma značajno utiče na povećanje tehnološkog iskorišćenja bakra, i smanjenje aerozagađenosti, odnosno poboljšanja ekološlih uslova.

9. Literatura

1. Savović, V., Korišćenje otpadne šljake iz metalurgije gvožđa kao topitelja u Topionici u Boru, konvertori, Bor, 1985.,

2. Vučurović,D., Knežević, č., Savović, V., Živković, M., Metalurgija bakra u svetu krajem XX veka, Bor, 1-3 oktobar, 1996.

3. Živković, D.Ž., Savović, V., Fizičko-hemijske osnove procesa topljenja i konvertorovanja u metalurgiji bakra, Bor, 1996.

4. Petković B., Vodjenje procesa konvertorovanja bakarnih kamenaca u cilju korišćenja maksimalnih energetskih mogućnosti, Magistarski rad 2001. Tehnički fakultet Bor.

[062]

energija

M. Sre}kovi} Elektrotehnički fakultet, BeogradA. Milosavljevi}, I. Ne{i}Mašinski fakultet, BeogradS. Mili}Institut Nikola Tesla, BeogradZ. Karastojkovi}Viša tehnička škola, Novi Beograd

UDC:621.317 : 621.375.826

Primena laserskih metoda merenja i obrade u energetici

Uvod

Prvobitan prilaz merenjima i obradi, predpostavljao je da postoji “dubok procep” između energija, koje se razmenjuju u merenjima (da ne bi remetili proces ili rad komponente, sistema) i tehnološkog procesa, kojima se menja stanje materijala: po kvantitetu, hemijskom sadržaju, obliku i sl. [1-21].Savremene primene snopnih tehnika, u kojima se vidi posebno mesto koherentnog zračenja, kao da je pomerilo granice i pored mnogo metoda, koje se ponašaju prema ovom “receptu“ nedestruktvne kontrole, kontrole bez razaranja. Postoji i grupa metoda, koja zbog mikroskopskih, lokalnih delovanja , iako u suštini vrši mikroskopska razaranja, pripada metodama nedestruktivne kontrole. Može se naći dosta zajedničkih crta, koje tehniku interakcije laserskog snopa sa materijalom, mogu da svrstaju ili u merno-kontrolni lanac (senzorski) ili u tehnološku operaciju, koja se već dugo godina profesionalno obavlja. Misli se na kontrole korozionih i drugih promena površinskih stanja materijala, hrapavost, taloga, koje počivaju na razvijenim instrumentima ili na bazi instrumentarijuma, koji predstavljaju simbiozu spektroskopa sa vremenom preleta i interakcije sa materijalom. To su tehnike laserskih mikroskopskih analiza, koje se sreću kao LAMS tehnike.U radu će se dati prilaz tehnikama kontrole, merenja nadzora, nekim tehnološkim operacijama i LAMS tehnikama , koje imaju u osnovi lasere.Razmotriće se nekoliko pravaca primena lasera u problemima, od interesa u energetici, sa gledišta

a) merno/kontrolnih tehnika, b) tehnoloških procesa odvajanja i spajanja materijala (bušenje, sečenje, lemljenje, zavarivanje) , površinskih obrada [4-7] i c) oblast , koja u suštini pokriva interakciju , ali zbog mikroskopskih veličina, pripada merno-kontrolnoj tehnici.

LAMS tehnike

Tehnike, koje koriste interakciju i posle toga spektrometar sa vremenom proleta, služe u mnogo oblasti. Nalaze se pod imenima LIMS , LAMMA i već postoji nekoliko generacija ovih instrumenata.

Na slici 1 je data jedna varijanta LAMMA (Laserska mikrospektralna analiza)Primena ovih tehnika pokazuje nekoliko ppm Al u željezu, ili rezultate sa kopova uglja slika 2. Organske strukturalne informacije za ležišta uglja mogu da se odnose na procese važne za procese ugljenisanja . LAMMS se koristi da se razdvoji razne asocirane formacije u skali 20 μm i manje. Poređenja sa LAMMS i DCAS i INAA pokazuju da je tačnost informacije o elementima porediva sa SIMSOM. Osnovni problem

Rezime

Savremena kretanja i izbor energetskih resursa i industrijska rešenja se već dugo prikazuju kao aktuelna tematika na mnogo različitih svetskih manifestsacija. Iako se kod nas prate poimanjem „savremene tendencije“, ekonomska situacija ne dozvoljava da se prate svetski trendovi željenom brzinom.U ovom radu su izabrana neka pitanja, koja po našem izboru objašnjavaju ulogu lasera u određenim mernim i procesnim zadacima. Detaljna analiza bi morala da sadrži gledišta optimalnosti u poređenju sa drugim tehnologijama ili tehnikama merenja. Analiziraće se neke od primena u analizi vibracija, korozije , trimovanja i daljinske kontrole. Posebno su interesantne LAMMA i slične kontrole, koje u sebi sadrže zadatak merenja i mikroskopske „destrukcije“.

Abstract

A global movements and the choise of energetic resources or industrial achivements for a long time have shown as an actual problematic in a lot of world wide manifestations. Although these movements are considered as contemporary movements, our economic situation does not allows to follow them by desired speed. In this paper are summarized some questions which, according to our choise, can explain the role of laser in particular controling or processing tasks. The detailed analyes should contain an aspect of optimisation in comparison with other technologies or measuring techniques. Here will be analysed some examples of application of vibrational analyses, coorosion monitoring, trimming and remote control. Of the special interest are techniques of LAMMA and similar control techniques, which already contain the aim of controlling and microscopic destructions.

[063]

energija

kod kvantitativne LAMMA je teškoća da se razdvoji i ocene svi izvori (tabela 1).Rezonansna laserska ablacija RLA je tehnika, povezana sa LAMMA uređajima, jer se koristi interakcija sa laserima, mikroskopske izbačene mase, i šalju TOF spektrometrima.

Često se koriste pored Nd3+: Yag i podesivi dye laseri na površinu uzorka, tako da neutralni atomi, prvi trpe ablaciju i rezonantno se dalje jonizuju istim impulsom. Važne karakteristike se pokazuju za kratko vreme. Mnogobrojna literatura, potvrđuje metodu ,ali zavisno od generacije

uređaja, programa detekcije govori se o ppb ili ppm.

Korozija i laser

Tematika vezana za koroziju i laser se pojavljuje u dva glavna pravca. Kod prvog se vrši merenje, ocenjivanje stepena korozije meračem korozije, koji su razvijani već dvadesetakak godina u gotove instrumente [14,15]. Ovde su u prednosti nad ostalim tehnikama, jer rade na sličan način kao LAMMS (slika 3)

Laserske tehnike u ispitivanju materijala i ~isto}e atmosfereČesto korišćeni pojmovi u mernoj tehnici su daljinsko merenje, daljinska detekcija, daljinsko praćenje, daljinska kontrola i daljinsko upravljanje. Ovi pojmovi se u literaturi na srpskom jeziku koriste u različitim kontekstima ne defi nišući, u potpunosti, ni oblast primene, ni korišćene merne metode, ni mernu instrumentaciju. Nešto je bolja situacija u svetskoj literaturi, ali i tamo se mogu sresti različita tumačenja za iste ili slične pojmove, kao što su remote measurement, remote sensing, remote monitoring, remote tracking ili remote control.U svetlu savremenih ekoloških kontrola oko energetskih postrojenja, lidarske tehnike bi mogle da odigraju veliku ulogu u kontroli ispuštanja štetnih sastojaka u vazduh, vodenim površinama i u tlu. Zato će se analizirati neki teoretski prilazi. Mogu se posmatrati sa više strana: za kontrolu hemijskog sadržaja, veličine čestica prašine, poreklo ,vrste naftnih mrlja, zelenog pokrivača, pepela, ali i brzine vetra, itd.U svetlu višedimenzionalnih, rezonansno pojačanih višefotonskih masenih spektrometrija sa vremenom proleta za karakterisanje atmosfere i bioloških uzoraka pojavljuje se potreba da se razvijaju aparati na bazi: hromatografi je, laserske spektroskopije, masene i fl uorescentne spektrometrije (slika 4a) Spektrometrije, istog tipa vezane su za Lidare i ocenu profi la pritisaka i temperaturet. Postoji mnogo aspekata u istraživanjima osobina materijala, karakterizacija površina, ispitivanje oblika, kvaliteta obrade sa primenom raznih tipova lasera. Razni uglovi gledanja, uključuju sve oblasti optike i elektromagnetike, koje posmatraju svetlost kao talas, korpuskulu i zrak u kategorijama geometrijske optike, spektroskopije, korelacionih tehnika. [8] Postoje čitave nove oblasti razvoja pojedine metode u mnogo varijanti , tako da bi mnogo tehnika zasluživalo analize.

Slika 1a LAMMA .Skanirana površina 100x100 μm ; minimalni korak 0,35μm. Maseni spektrometar sa vremenom preleta (time of fl ight) TOF svaki pixel ocenjuje sa nekoliko signala jona i predstavlja u 2D distribucije. Sistem radi sa konfokalnim laserskim mikroskopom

Slika 1b Šematska predstava (komora) laserske i jonske optike za LAMMA 1000

[064]

energija

Izbor metoda pogodnih za istraživanje bez razaranja, od poznatih kakve su fotoelastičnost, holografi je, IC tehnika, Moire tehnika, do manje poznatih Zeemana, novih magneto-optičkih, Ramana u oceni stanja mehaničkih

napona materijala traže poznavanje više disciplina. Detaljna analiza bi prvo tražila da se obrade vrste lasera, potencijalno pogodnih, komponente za manipulisanje snopovima, prijemni deo, tip fotodetektora, tehnike modulacije

i elektronske aparature i sl. Posebno bi bilo interesantno pokazati veze sa postojećim tehnikama infracrvene spektroskopije i njenih delova bliske, daleke i srednje oblasti i njene paralele sa Ramanovom spektroskopijom.I druge vrste spektroskopija, koje uključuju druge mikročestice, nuklearna magnetna rezonanca, elektronska paramagnetna rezonanca i poklapanje, odnosno komplementarnost sa Ramanovom spektroskopijom, Rayleighevim ili Mőssbauerovom su od posebnog značaja. Nauka o materijalima ima u svemu ovome mnogo novih oruđa , koja daju niz praktičnih odgovora. Poseban prilaz bi bio kategorizacija prema tipu efekta rasejanja, apsorpcija, fl uorescencija, koje se koriste pri analizi i vezivanje sa paralelnim tehnikama, kao što je elektronska mikroskopija ili savremene mikroskopske LAMMA tehnike, koje kako smo “prebrojali”, uključuju tehnike vremena proleta (time of fl ight spektrometara ) i elektronske mikroskopije.Intenziteti laserskih snopova, koji spadaju danas u najintenzivnije izvore i približavaju snopove elektromag netnog zračenja idealnim, pojmovima monohromatičnosti,koherencije, polarizacije, upravljenosti i sl., uveli su linearne i nelinearne prilaze i jedno i više fotonske procene.Posebno bi samo kategorija laserske spektroskopije zauzela mnogo mesta, tako da bi samo brojanje laserskih spektroskopija i druge paralelne tehnike uključila spektroskopije od akustičke do redom magnetne, a postoje i kombinacije, magneto-laserska akustičko optička i sl. Sve vrste spektroskopije atomska ,molekularna, masene spektroskopija, hromatografi ja, uključile bi laserske izvore.Posebno bi bile interesantne tehnike distancionih ispitivanja, a već odavno su se laserski snopovi uključili u istraživanja Kosmosa. Radilo se o mogućoj kontroli i samih radnih predmeta i okoline, uključujući atmosferu (i više slojeve), vodene površine, okeanosferu u hidrosferu. Ozonske rupe su se naročito aktuelizirale razmatranja sa razvojem lidarskih metoda.Pristup kontrole tečne sredine događanja određenih hemijskih procesa ili ispitivanja korozije, stepena habanja praćeni su razvijenim laserskim metodama. Sledeća kategorija primena bi uključila područja nauka posebne primene u svakodnevnom životu i mass media primenama. I metode optimizacije, automatski pristup, robotizacija, ukorporirane u laserske primene bi bile od interesa.

Slika 1c LAMMS sistem mapiranja jona,sekvence merenja i blok dijagram hardwera za LAMMA -1000 [13]

Slika 2 Mapa jona Fe+ pri odnosu m/z ~56. b) Mapa Fe2

+ S

+jona pri odnosu m/z ~144 [13]

Tabela 1 Skraćenice danas poznatih tehnika za analizu materijala

[065]

energija

Osnove optičkih pribora traže poznavanje kakvoće optike, uticaj aberacija, procenu grešaka, i defi nicione pojmove, gde postoji dosta velika šarolikost. Kategorija obrade slike, u

mnogo oblasti je već zauzela svoje mesto, a put od interferencije ka holografi ji i tomografi ji je uspostavljen. Optičke metode selekcije izotopa odigrale su svoju ulogu u nuklearnoj tehnici, i u kontroli i primenama lasera za ekološke aspekte, a i dalje nadamo se. U sprezi sa vlaknastom optikom, introskopijom dobijeni su kvantitivno novi pristupi u smislu fi noće posmatranja i u smislu rezolucije.

Kvantitativno daljinska merenja za nauku i primene

Činjenice o pouzdanim mogućim izmenama atmosfere, koje mogu da imaju uticaj na klimu Zemlje u globalnoj skali su relativno malobrojne?!. Potrebne su sistematske analize značajnih indikatora (povećanje gustine atmosferskog CO2 i drugih gasova iz efekata staklene bašte, porast srednje temperature i osiromašenje atmosferskog ozona.) Predviđena klimatska evolucija bi mogla da pokaže izmene distribucije u prostoru i vremenu temperature i vlažnosti, karakteristike padavina, fotosinteze i primarnih proizvoda okeana i vegetacije, kao i za porast na nivou mora. Procesi vode do pogoršanja uslova života naše planete sa svim socijalnim i ekonomskim aspektima. Zato je važno da se ustanovi i dijagnosicira

šta će biti “sutra” ?Dve grupe poslova predstoje: ovladavanje i razvojem pogodnih tehnika za praćenje promenljivih (varijabli ) okoline i ocena budućeg

stanja Zemlje na osnovu procene i sadašnjih vrednosti kritičkih varijabli. Poseban akcent je aktivnost čoveka. Identifi kovanje sadašnjeg stanja i evolucionih trendova, sistema Zemlje i predviđanja budućnosti, sa zahtevanom pouzdanošću, su uslovljene pogodnošću kvantitativnih podataka na relevantnoj biofi zičkoj skali i geofi zičkim promenljivima, sakupljenim sa aparaturama sa potrebnim prostornim i temperaturnim skalama i rezolucijom. Sadašnja tehnologija iz Kosmosa zadovoljava (slika 5-7) i pojavljuje se od značaja za površinu i okolinu Zemlje, sa predviđanjem globalnih bioklimatskih izmena.

Kvantitativno pra}enje atmosfere

LIDARSKI podaci su vezani za kritičke biofi zičke i geofi zičke varijable. I aktivna i pasivna daljinska praćenja i merenja operišu sa merenjem elektromagnetnih veličina: spektralna refl ektansa, koefi cijenti rasejanja unazad, sjajnost- temperature, pošto se koristi interakcija elektromagnetnim EM zračenjem sa prirodnim materijalom. Konstante zemlje su u mnogobrojnoj literaturi .Zato se merene EM veličine ,moraju prethodno invertovati, transformisati u vrednosti varijabli lokalne okoline od interesa za krajnje potrošače.

Dobijanje parametara okoline

Niz inverzionih tehnika se razvijaju da bi se nadoknadile potrebne kvantitativne informacije iz kalibrisanih merenja EM veličina, dobijanjem informacije iz mehanizama interakcije (emisija/absorpcija) i pasivne tehnike, refl eksija /rasejanje za kritične veličine.U principu relacije između parametara medijuma i merenih veličina se izvode rešavanjem direktnih Maxwellovih jednačina. Za to postoje znatne analitičke i računarske teškoće, analitičke i numeričke kompleksnost pa i aproksimacije, koje limitiraju primene i pouzdanost. Ubacuju se empririjske aproksimacije koje bira put i izlaz i obrada. Traže se prostorne raspodele, profi li. Simultana merenja sa različitim parametrima senzora, frekvencija, polarizacija, ugao posmatranja su neophodne da bi se dobio deo informacija. U spektralnim opsezima (vidljivom, IC i daleka IC, mikrotalasi, važno je dobiti jasne varijable okoline.

Elektromagnetni metodi merenja i kontrole

Modeli fi zičke interakcije su realizovali, em i detaljnim predstavama prirodnog mehanizma na suprot kompleksnosti. Pogodnost teoretskih

Slika 3 Šema merenja stepena korozije

Slika 4a HRC-REMOPI-TOF-MS-LIF dijagram (PAC-policiklični aromatska jedinjanja, CGS kapilarna gasna hromatografi ja, HRC- hromatografi ja visoke rezolucije, REMPI resonance enhancement multiphoton ionisation (rezonansna jonizacija podržana višefotonskim jonizacijama, TECD time fo fl ight spectrometar , total electron current detection, spektrometar sa vremenom proleta i detekcijom totalne elektronske struje, LIF( laser indukovana fl uorescencija) [13]

a) detekcija bez kvantifi kacije

[066]

energija

modela omogućuje potpunije razumevanje mehanizma interakcije elektromagnetnih talasa i prirodnih medijuma u različitim situacijama. Ovi modeli omogućavaju da se izvrši analiza osetljivosti, koja je od primarne važnosti pri defi nisanju karakteristika senzora i pri optimizaciji procedure njihovog rada. Na osnovu simulacija dobijaju se smernice za razvijanje pouzdanih procedura inverzije i algoritama široke primene. Pošto su sakupljeni teoretski modeli, nove tehnike istraživanja se predlažu i razvijaju, bazirane na Kalman fi ltrima i neuralnim mrežama. Relevantnost neuralnih mreža za invertovanju podataka je da daju efi kasni okvir da

implementiraju nelinearno mapiranje iz ulaznih podataka dobijenih na nekoliko

Tabela 2 CGC-REMPI-TECD-TOF.Granice detekcije (LOD) [13]

Slika 4c Spektri fl uorescencija morske vode i četiri različite vrste nafte. Radi se o distancionim sondiranjimam naftnih mrlja iz devedesetih godina prošlog veka [19]

Slika 4d Šeme spektroskopija raznih tipova sa fotonima i česticama (joni, elektroni) i opsezi dimenzija čestica , koje se fi zički i hemijski identifi kuju . Auger/Augerova mikroanaliza elektronima, EELS/spektroskopija na bazi gubitaka energije elektrona, SEM-skaning elektronska mikroskopija, AEM/ analitička elektronska mikroskopija,SIMS/masena spektroskopija na bazi sekundarnih jona, mikroanaliza jonima (, MRS/MikroRamanova spektroskopija,ERMA/ mikroanaliza na bazi elektronske sonde, LAMMA/laserska masena analiza mikrouzoraka, XRF/X/fl uorescentna spektroskopija

[067]

energija

daljinskih merenja do izlaznih vektora, sa višestrukim varijablima okoline. Uloga teoretskog modelovanja je važna jer je forma mapiranja i performansa algoritma određena sa istinitošću, pogodnošću modela i predstavljanju relevatne elektromagnetne interakcije (rasejanja unazad, refl ektanse, emisija) .Takva kombinacija elektromagnetnog modelovanja i neuralnih mreža olakšava zahtev za često nedostupne eksperimentalne podatke, potrebne

za algoritme empirijske inverzione, treniranje mreža sa ulazno-izlaznim podacima, parovima. Pošto su sakupljeni teoretski modeli, nove tehnike istraživanja se predlažu i razvijaju, bazirane na Kalman fi ltrima i neuralnim mrežama. Relevantnost neuralnih mreža za invertovanje podataka je da daju efi kasni okvir da implementiraju nelinearno mapiranje iz ulaznih podataka dobijenih na nekoliko daljinskih merenja do

izlaznih karakteristika-vektora, sa i višestrukim varijablama okoline. Uloga teoretskog modelovanja je važna jer je forma mapiranja i performansa algoritma određena sa realnošću modela, pogodnošću i predstavljajnju relevantne elektromagnetne interakcije (rasejanja unazad, refl ektanse, emisije). Takva kombinacija elektromagnetnog modelovanja i neuralnih mreža olakšava zahtev za često nedostupne eksperimentalne podatke, potrebne za algoritme empirijske, inverzione, treniranja mreža sa ulazno-izlaznim podacima, parovima karakteristika, koji simuliraju šarolikost biogeofi zičkih uslova. Sve ovo povećava generalizovanu sposobnost procedure istraživanja, na račun niže osetljivosti. Elaboracija modela konzistentno se prostire na niz parametara senzora ( mikrotalasnu i optičku/ic zonu ) i obe aktivne i pasivne tehnike daju kompletniju eksploataciju sinergije.

Kvantitativno daljinska pra}enja - merenja sa komercijalnim primenama

Uloga daljinskog praćenja u nadgledanju okoline Zemlje u odnosu na predviđene izmene je nagoveštena u prethodnim sekcijama. Tehnologija daljinskog praćenja-nadgledanja, koristi i sredstva za druge vrste primena u okolini. Dopunjena je sa povećanim razvojem novih i poboljšanih senzora, baza za niz primena za okolinu je već rađena u prošlosti. To je važno za :predviđanje vremena, i unekoliko se odnosi na resurse iupravljanje. Ovde se uključuju dalji razvoji postrojenja, nadgledanje fl ore u šumarstvu za popis zaliha, praćenje- nadgledanje proizvoda agrokultura i dr.RST se često pokazuje, kao inovativna tehnologija i efi kasno oruđe spremno da rešava razne probleme, od koje se mnogo očekuje. Pored metrologije, mnogo informacija, koje krajnji korisnici dobijaju se ne pojavljuju proporcionalno njihovim potrebama.Nekoliko je razloga za parcijalne uspehe daljinskih merenja u praktičnim zadacima -primenama: velika kompleksnost okoline, problemi sadašnjice, potencijal za adresiranje sa daljinskih tehnika praćenja. Možda nije problem jasno defi nisan,nisu sagledane važne varijable ili ne postoji adekvatna sposobnost da se selektuje i obradi daljinsko praćenje iz podataka .Dodatno objašnjenje pre fundamentalne prirode može biti postavljeno dalje. Korisnici zahtevaju proizvode, koji se lako koriste, u pogodnoj formi. Često se dobijaju samo slike, mape izmerenih prikaza elektromagnetnih ili njima bliskih veličina. Odluka u

Slika 5.a) Površinsko “zaprljanje” okeana rodaminom WT a)Zavisnost od vremena intenziteta fl uorescentnih zračenja sa talasnom dužinom 590nm duž trajektorije aviona nad površinom okeana b)Konturna karta kocentracije boje . Izolinije su vezane za nivo signala fl uorimetra. Podaci su dobijeni primenom lasera [19]

Slika 6a Mapa temperaturene sjajnosti Zemlje merena na 19,4GHz vertikalne polarizacije sa SSM/1c senzorom 1992 [1]

[068]

energija

pravo vreme, korisnici treba da koriste sa primenljivim veličinama, dobijenim unapred iz mernih podataka.

Klasi~na i kvantna metrologija sa laserom

Primena lasera u metrologiji sa osvrtom na neke specifi čna praktična ostvarenja počinju sa odnosima klasične i kvantne metrologije sa laserom. To je široko i multidisciplinarno polje rada [12,16]. Razne vrste lasera po dinamici rada, dužini impulsa, polarizaciji, monohromatričnosti (rad na više frekvencija) i na široki dijapazon spektra, koji se ukrstio sa mikrotalasnim podrućjem ( sa maserima) predstavljao je i široku podlogu za rad u mnogo metroloških oblasti. Mada je pripremana i predlagana u dosta oblasti, od početka

razvitka lasera i masera (1968), ipak se danas bez obzira na potencijalne mogućnosti u nekim oblastima ovaj rad završio sa primenom jedinica dužina, promenom etalona (primenom sekundarnih) dobijena je sekundarnih etalona i merila, zaustavio samo na praktičnom instrumentu, gde je klasični svetlosni izvor zame njen savremenim, razvijena nova metoda merenja (nemoguća sa klasičnim izvorom) i najzad zadržalona predlogu i predložilo još rada [12].RMS tehnologija ima potencijal u pružanju vitalnih doprinosa čovečanstvu, ako je uspešno donela podatke za rano i pouzdano upozorenje mogućih globalnih izmena. Paralelno razvoj vrednosti, koje se daju industriji, daljinska merenja naći će fi nalne

Slika 6b Mapa temperaturene sjajnosti Zemlje merena na 22,2GHz vertikalne polarizacije sa SSM/1c senzorom 1992.Mapa je dobijena usrednjavanjem podataka po periodu 3 meseca mart-do maja gore levo, levo:jun - avgust, gore desno sept-novembar, dole levo: januar, februar i decembar [1]

komercijalne korisnike sa spremnim korisnim i pouzdanim kvantitativnim proizvodima. Spremnost i pouzdanost informacije su uključeni i kasnije u ekonomske strane konstrukcije uređaja na bazi lidara. i njihovih svemirskih misija.Suštinska teškoća, koja potiče od prave prirode RS je vezana za nesmetan protok informacija od senzora do korisnika. Primene zahtevaju vrednosti relevantnih varijabli okoline dok se mereni daljinski akvizioni sistem podataka sastoje od em veličina. Stoga kvantitativna informacija o okolini mora da bude izvučena iz elektromagnetnih podataka. Ovo može da predstavlja teškoće potencijalnim korisnicima raznih profi la.Razumevanje EM interakcije mehanizama, iz kojih potiču podaci i utiču na njihovo propagiranje kroz medijum je potrebno da se razume njihova sadržaj informacija i uređaji pogodni za procedure inverzije. Poznavanje biofi zičkih ili geofi zičkih osobina posmatranih prirodnih medija je bitno za razumevanje osnovnih karakteristika i treba da se inkorporira u a priori informaciju. I podcenjivanje kompleksnosti procesa, koje je svakako implicitno prisutno u primeni RS i nedovoljni stepen edukacije traži timski rad, za dalje korišćenje primućstva i širenja proizvoda daljinske kontrole.

Primena lasera u obradi

Primena lasera u obradi materijala je prisutna od sečenja i bušenja teškoobradivih materijala, do nuklearnog goriva i uopšte delovanja na daljinu i u agresivnim uslovima. Standardi opsluživanja traže obuku ljudstva. Ako se sprovodu mere zaštite, principijelno mnogo je manje opasan laserski impuls od mehaničkog sečiva i testere. Primena u mikroelektronici, poluprovodničkoj tehnologiji paralelna je sa drugim materijalima, ali je promenjena kategorija “teškoobradivi materijali” ( u odnosu na mehaničke ili druge obrade.) [9,-11,13,14].

Termovizijska merenja u elektroprivredi

Daljinska detekcija i daljinsko merenje, još uvek nisu dobile jasne defi nicije, koje bi postavile jasnu podelu među njima. U svakom slučaju, ovo i jesu i biće metrološke oblasti sa praktičnom upotrebom u daljinskom nadzoru i kontroli, pa bilo da se radi o avionskom ili satelitskom merenju i snimanju, bilo da se radi o lidarskom ispitivanju atmosfere, ili pak da je reč o kontroli i nadzoru tj. monitoringu razuđenih delova većih industrijskih ili saobraćajnih sistema. Elektroprivreda

Slika 7 Termovizijska slika energetskog blok-transformatora 360MVA

[069]

energija

je industrijska grana koja je nesumnjivo u ekspanziji i koja ima nepresušne potrebe za nadzorom i merenjem u cilju podizanja pouzanosti i produktivnosti, kako u svom proizvodnom delu tako i u svom prenosnom delu.Savremene metode merenja i detekcije su u svakom smislu i dobrodošle i potrebne u elektroprivredi. U skorije vreme, razvoj tehnologije je omogućio komercijalizaciju u upotrebi, do skoro vrlo skupih mernih uređaja i sistema. Termovizijske kamere su postale dostupne, zbog relativno niskih cena i nove tehnologije koja je dosta uprostila njihovu upotrebu. Njihova upotreba u toku rada energetskih sistema pomaže pre svega u merenju, nadzoru i proveri ispravnosti pojedinih delova sistema kojima nije moguće prići u rad, pre svega sa aspekta bezbednosti (npr. visoki napon). Tako da već u redovnu

kontrolu, bez zaustavlajnja isključenja ili prekida neke druge vrste, ulaze (do skoro nezamislivo) provere rada visokonaponskih izolatora, rastavljača, prekidača, blok transformatora, generatora, rashladnih sistema itd.Jedan od primera primene termovizije je u proveri rada rashladnog sistema blok transformatora velike snage u termoelektrani gde se sumnja da postoje problemi konstrukcione prirode:

Transformatorski limovi i laserska obrada

Široka primena transformatorskih limova u elektrotehnici i mašinstvu zahteva specijalne režime termomehaničke obrade i tehnologiju sečenja i zavarivanja, lemlenja u smislu očuvanja magnetnih osobina. Laserska obrada se zbog malog

LAZ,(laser affercted zone), ZUT smatra najmanje “invazivnom”(lokalnom ). To je potvrđeno i sa EDX kod ferita. Ispitivanja su raširena na atmosferskom pritisku i u laboratoriskim uslovima. Izlaganje visokim gradijentima uslovima hlađenja i grejanja i kasnije laserso bušenje. U eksperimentu su korišćeni profi lisani oblici i izloženi rubinskom laseru, 5ms i 30ns u dva režima rada. Posmanjane je sa optičkim mikroskopom i SEM. Na slikama 8, 9 su dati primeri mikrostrukture. Transformatorski limovi i dinamo limovi su u primeni u elektromašinskim konstrukcijama, koje svakodnevno služe čoveku. Proizvodnja ovih limova se zasniva na niskougljeničnim čelicima (<0,05%) sa povišenim sadržajem silicijuma, sadržajem silicijuma (do oko 4%). Sa aspekta elektrotehničke namene, da bi se smanjili gubici usled pojave vihornih struja, sadržaj slicijuma može da bude još veći. Proizvodnja takvih limova nije problematična sa aspekta valjanja, ali se kasnije javljaju problemi prilikom dalje obrade. Misli se na savijanje i sečenje, a prsline, koje nastaju obično su interkristalnog tipa. Silicijim u čelicima, koji se kasnije obrađuju rezanjem povećava tvrdoću i izrazito povećava habanje reznog alata. Zato je obrada dinamo i transformatorskih limova uvek problematična i postaje skupa (cena oštećenih i uništenih alata za probijanje ili procesecanje je velika ).Primena lasera za sečenje i bušenje dinamo ili transformatorskih limova pokazala se kao uspešna, brza i jeftina.Od posebne važnosti za primenu laserskog r snopa je u vrlo maloj širini zone dejstva toplote (kod zavarivanja je dobro poznata zona toplote ZUT. Kod lasera je defi nisam LAZ u kome se suprotno potrebama, menjaju osobine osnovnog materijala. Posle delovanja laserskog snopa (u cilju bušenja ili sečenja) skoro da ne dolazii do promene histerezisa, tj. do promene elektromagnetnih osobina u okolina izvršenih operacija kod dinamo, odnosno transformatorskog lima. Mikrostruktura nekih slučajeva bušenja je na slici 8 a-d. U pogledu odnosa mikro prema ns je i femptosekundna prema ns. (slika 8, 9) [18,10] Kada se fs laserski impuls fokusira na materijal u zapreminu kvarca (slika 9), generacija plazme se javlja u maloj zapremini. Ova izuzetna konfi novana interakcija vodi do ekplozivne ekspanzije i generiše se submikrometarski prostor d= 200-300nm. Zavisnost dimenzija od energije lasera ili trajanja impulsa je ispitivana

Slika 8 Laserska površinska bušenja (“povrede” transformatorskih limova) a) E=3,9J,T=150μs; b) E=3,9J T=150 μs; c) E=4,5J T=30nsQ switch); d) E= 3,9J T=30ns

Slika 9 Fempto i nanosekunde povrede

[070]

energija

i ovaj mehanizam je asociran predominantno sa višefotonskom jonizacijom.Femto i attosekundni sistemi traže nove modele prilaza, iako ima mnogo posla i za druge dinamičke modele interakcije laserskog zračenja sa materijalom. Jedna numeričkaa simulacija aluminijum na staklu- materijal grejan određenom laserskom dinamikom je na slika 10 (a i b) [21]. Ova kombinacija materijala je krajem veka bila veoma važna.

Lasersko se~enje nuklearnog goriva

Mnogo je patenata i eksperimentalnog i profesionalnog rada na pitanjima laserskog sečenja, bušenja i drugih obrada nuklearnog goriva ili instrumentarijuma . Principi su kao i kod ostalih vrsta obrade, jedino, mora se voditi računa o produktima nuklearnog materijala, o atmosferi u kojoj se vrše operacije. U nuklearnoj energetici laser je našao nekoliko mesta: da seče, buši, zavaruje, obogaćuje gorivo, vrši separaciju izotopa, čisti od kontaminacije. Kontaminacija ima podlogu u laserskoj obradi. Površina se skanira jačim laserskim snopom, koji skida, ablativno sloj radioaktivnih atoma zaprljanja.

Balansiranje rotora. Trimovanja u elektrotehnici i ma{instvu

Primena lasera, kao retko koja tehnologija, omogućuje pruimenu u dve potpuno različite oblasti, za merenje vibracija (disbalansa) rotora i

potom za udaljavanje viška materijala u cilju korekcije disbalansa mase. U današnje vreme, laserske tehnike se kod balansiranja rotora za razne potrebe, a to znači kod vrlo odgovornih i skupih delova više koriste za uklanjanje viška materijala. Laserskim snopom se može ukloniti topljenjem i isparavanjem višak materijala, a uklonjena masa može da iznosi od svega desetak ng što odgovara zaprmini 10-3mm3 , a to je teško i složeno uraditi uobičajenim metodama.Kako je izuzetno velika preciznost rotora važnost za uklanjanja disbalansa, ne mogu se upotrebiti velike sile jer bi one izazvale nepoželjno krivljenje obrađivanog materijala. Za primenu laserske tehnike u cilju uklanjanja registrovanog viška materijala, nije bitno stanje materijala, odnosno da je pobošljan krt ili žilav i sl. Preciznost izrade se još bolje razume, ako se ima na umu brzina na periferiji rotora, koda dostiže i 10-50m/s. Udaljavanjem isparenog materijala u opisanim okolnostima se mora postupitui sa velikom pažnjom.

Ispitivanje vibracija

Posebno važna oblast u energetici, mašinstvu, ekologiji, itd je za ispitivanje vibracija.Ovo je rešavano putem holografskih i drugih tehnika koje uključuju lasere. Na slikama 11, 12 je dat primer jednog sistema za merenje vibracija.Mehaničke vibracije su merljive vibracije na površinama mašina, konstrukcionim elementima i temeljima, osnovama, kučištima.One su i izvor zvuka na letilicama. pogodnim fi ltriranjem i održavanjem signala zvuka može se čuti i /ili pokazati na displeju analogna ili digitalna frekvencija analizatora. Oštećenja na ležištima, osloncima mogu da proizvedu zvuk pri specijalnim pobudama u poređenju sa zvukom, koji je stalno istog intenziteta.Mehaničke vibracije iznad ozbiljnih nivoa su podeljene u 7 grupa (tabela 3).DAWN (Data Acquisition With a Newwork ) je razvila sistem za akviziciju podataka u vozilima sa tipičnim primenama:je:• Praćenje za rotacione konstrukcije

mašine• Modalnu analizu da se identifi kuju

rezonantne frekvencije• Funkcije frekventnog odziva-transfer

funkcije• Gustina spektra snage i spektar snage• Predaktivna dijaagnostika i održavanje• Produkciona linija/pass/fail ispitivanje• Razvoj proizvoda

Slika 10 a, b Al-staklo grejano laserskim zračenjem. Raspodele temperature

Slika 11a Šest specifi čnih mesta za merenje vibracija ležišta. (Schenk Trebel Corporation)

Slika 11b Podela vibracija

[071]

energija

• Identifi kacija izvora šumova i apsorpcionih akustičkih karakteristika materijala

• Testiranje vozilaLaserski metodi u ispitivanju vibracija imaju istoriju dugu više desetina goduina na raznim principima, ali najviše od njih se zasniva na efektima interferencije , difrakcije odnosno razvijenim holografskim metodama, specle tehnikama, slika 12.

Q -500 sistem je laserski sistem optički spregnut sa test objektom fl eksibilnim optičkim fi berom na bazi stakla. Moguće je skaniranje

1m2 pomoću integrisanog optičkog svetlosnom modulatora i triger sistem koji proizvodi stroboskopske osvetljaje sinhronizovano sa vibracionom frekvencijom test-objekta. Sistem može da pokaže konverziju u različite amplitude i frekvencije i bezkontaktno radi.Koristi kamere i dvoimpulsni rubinski laserski sistem. Postoji analizatorski model slika 13, kao digitalni sistem. Meri i analizira akustički šum i probleme rotacije i rotacije. AVCES grafi čki displej .Radi se o Q switch ns režimu i posmatranja tri mesta. Merni rezultati predstavljaju polje deformacija u tri pravca. Optičke distorzije se pred kamerama automatski ispravljaju kompenzuju za dobijanje 3D vektora deformacija, koji se izračunava u svakoj tački, utimajući u obzir kašnjenje drugog imulsa lasera. ESPI sistem.Sistem je razvijen za ispitivanje stanja deformacija naponi i vibracija za modele u mašinstvu, elektronici, katalitičke, detonacione testove, eksplozione [3].U pomorstvu i okeniji, održavanje fl ore i faune širokopojasno sa mnogo specifi čnih vrsta riba, koje su ređe ili gušće naseljene u okeanima i morima. Merenje koefi cijenta refl eksije, fl uorescencije, specifi čnih Ramanovih frekvencija, višefotonski efekti pripadaju procesima, koji imaju široku upotrebnu vrednost za daljinske detekcije i praćenja. Optička merenja ove vrste su u širokoj upotrebi i u drugim oblastima.

Zaklju~ak

Primena lasera u energetici, elektrotehnici, mašinstvu i drugim

tehničkim disciplinama je sve veća iz godine u godinu. Ovo je vezano za trend prelaska na optičke metode, utoliko pre što je koherentna optika razvila i metode koje nisu moguće sa nekoherentnom. Posebno mesto pripada nedestruktivnim rešenjima sa primenom kvantnih generatora, gde se može raditi na kontroli veoma malih količina u tragovima bez praktično potrošnje materijala, do kontrole vibracija i rezonantih frekvencija konstrukcija. Postepeno udaljavanje materijala, pomaže procesima podešavanjima, procesima trimovanja otpornosti, mikrorotora i sl. Čak se i proces uklanjanja površinskih slojeva radioaktivnih zagađenja materijala , sečenje i obrada nuklearnog goriva i drugog materijala, vrši već dugo godina laserom.Važne su i oblasti obogaćivanja nuklearnih izotopa.Tu su i očuvanja magnetnih osobina kod raznih vrsta obrade i brzine procesa.Posebno mesto pripada daljinskoj analizi koja kontroiliše aero, hidro sferu, poreklo zagađivača, ozonskih rupa.Ovom prilikom se ne uključujemo u diskusiju o analizama poređenja energija (nuklearna, termalna, vode, solarna), ali podsećamo na misao iz literature, da je najviši oblik energije koherentna energija. “Pozitivan” pravac dejstva je iz nuklearne u koherentnu, a “negativan” iz koherentne u termalnu. Laserski se mere i termalne osobine (metodama izlaganja i merenjem temporatura slojeva,sa dva senzora). Posebno bi bilo interesantno pratiti kvantitativno razlike u primeni lidarskih tehnika, termovizije ili „klasičnijih metoda“ za merenje profi la temperature atmosfere, pritiska, brzine vetrova i njenih slojeva sa postojećim probanim meteorološkim instrumentarijomom.U pogledu nuklearnih detektora i solarnih ćelija, poboljšavaju se osobine kada se dozirano ozračuju laserskim snopovima. Optičko napajanje senzora drugih tipova, odnosno transformacija zračenja jedne talasne dužine u drugu na neki način su objedinili elektromagnetni spektar.

Tabela 3

Slika 12a 3D Vibro/ ESPI sistem

Slika 12b 3DESPI sistem(Ettomeyer Corpor.)

Slika 13 Analizator ACES Plus model 1 1700

[072]

energija

Primene uključuju industriju nafte, u rudarstvu, a sve je veća i uloga fi ber lasera, čija snaga neprekidno raste. Holografi ja, ispitivanje lopatica, merenje hrapavosti i veza sa drugim konstantama materijala, merenja koefi cijenta refl eksije, skidanje izolacije, pripada velikoj grupaciji nepomenutih primena.

Literatura

1. S.Solimini, Quantitative remote sensing for science and applications, Atti della Fondazione Ronchi, Anno LII, No.4, 1997, pp .462-472,

2. J. Eloranta, An Explosion in Mining, 61 Annual Mining Symposium,13.april 2000,

3. V.Virembski, Vojna laserska tehnika, Vojnoizdavački i novinski centar, Beograd, 1986

4. Lazernie metodi polučeniya poluprovodnikovih struktur i ih issledovanie, Ed.S. L. Piškin, Kišinev, 1988

5. N.N.Rykalin, A.A.Uglov, I.V.Zuev, A.N.Kokora, Lazernaya i elektronnolučevaya obrabotka materialov, Mašinostroenie, Moskva,1985

6. M. Srećković, A.Milosavljević, N.Ivanović, V. Rajković, Podzemni radovi, 1993, pp.103-109

7. G.Baranov et al., Sovjet CO2 Laser Separate Carbon Isotopes, Laser Focus, World, April, 1991, p.127

8. Novie metodi spektroskopii, ed. S.G.Routian, Nauka, Novosibirsk, 1982

9. Moryakov S., Elionaya obrabotka, Visšaya škola, Moskva, 1991

10. Novicki M., Lazeri v elektronnoj tehnologii i obrabotki materiallov, Mašinostroenie, Moskva, 1981

11. M. Srećković, N.Ivanović, Elektrotehnika ,XXXXVIII,pp.3087-315, 1989.

12. Laseri i aplikacije, ed. M.Srećković, SITJ, Beograd ,1990

13. Lasers and Mass Spectrometry Ed. D.M.Lubman, Oxford university Press. New York, 1990

14. M.Srećković, S.Polić Radovanović, B.Timotijević, M.Timotijević, A.Kovačević, A.Milosavljević, V.Arsoski, Journ Metal.,Vol.10(3),pp.275-282, 2004.

15. M.Srećković, M Petrović, Tehnika-Opšti deo Vol.46, 1991 1-2, 5-9, TO5-9,

16. J. Ready Industrial Laser Applications, Moskva, Mir 1981 i nove elektronske verzije 2000g.

17. Ž.Tomić Doktorska teza, ETF, Beograd, 2007

18. http:www.sciencedirect.com/cache/MaimiImage URL/B6THY-4NYM8B-G-9/?wchp=

19. R. Measures, Laser Remote Sensing, Mir,Moskva,1990 i elektronska verzija na engl.

20. A. Milosavljević, M.Srećković, R.Prokić-Cvetković, S.Ristić, L.Vereb and M.Dinulović, Phys. Low dim. structur. 4/5, 95-106. 1996

21. M.Srećković ,R.Gospavić,M.Dinulović,S.Bojanić, B.Nedić, N.Mijatović, Modelling in the Area on Laser Interaction and Crater Description ,Proceedings of Lasers 2000, pp.744-751,Mc Lean, 2001

[073]

energija

Prof.dr. Sneàna Komatina-Petrovi}Geofi zički institut, NIS-Naftagas

Geološko skladištenje CO2 – nezaobilazni element nacionalne strategije razvoja energetike i strategije održivog razvoja

Uvod

Po pitanju energetike i ekologije, pored energetske efi kasnosti i biogoriva, kao rešenje za smanjenje emisije CO2 (a time i ublažavanje klimatskih promena), svakako se mora uvesti i zahvatanje i geološko skladištenje CO2 (Carbon Capture and Storage - CCS). Postupak zahvatanja, transporta i skladištenja CO2 u određene podzemne geološke formacije (duboki akviferi, iscrpljena ležišta nafte i gasa, kao i slojevi uglja na dubinama preko 1000 m), nastalog pri proizvodnji energije iz fosilnih goriva, prepoznat je od strane EU kao ključna komponenta za smanjenje emisije štetnih gasova.

Geološko deponovanje CO2

Gas CO2 se skladišti u dubokim geološkim formacijama, koje se defi nišu na osnovu brojnih kriterijuma (pritisak i temperatura na odredjenoj dubini, struktura i sastav formacije, mehanizmi migracije, itd.). Iz Tabele 1 može se zaključiti da će odlagalište CO2 u podzemlju trajati vrlo dugo, čak i u poredjenju sa drugim geološkim procesima, koji se odvijaju milionima godina. Takodje, kriterijumi koji potvrdjuju održivost geološkog skladištenja CO2 su: čistoća, sigurnost, dugoročna perspektiva, energetska bezbednost, fl eksibilnost, ekonomičnost, efi kasnost i prihvatljivost javnog mnjenja [1].Geološko deponovanje se preporučuje u cilju ublažavanja klimatskih promena iz nekoliko razloga:• Treća na listi opcija za rešavanje

smanjenja emisije CO2;• Omogućava kontinuiranu upotrebu

fosilnih goriva;

• Veliki potencijalni kapacitet za odlaganje CO2 u različitim geološkim formacijama (slika 1);

• Tehnologija je dostupna;• Troškovi skladištenja su značajni, ali

se mogu smanjiti;• Uticaj na životnu sredinu

se može značajno ograničiti.

Poznato je pet tipova geoloških formacija pouzdanih za deponovanje CO2:• Slatkovodni akviferi,• Slani akviferi,• Ležišta nafte,

Rezime

U oblasti proizvodnje nafte i gasa, sadržaj CO2 predstavlja veliki problem. Ovom gasu nije pridavana naročita pažnja sve dok nije ustanovljeno da je emisija CO2 jedan od glavnih uzročnika klimatskih promena (Kjoto protokol). Zato je predmet rada geološko skladištenje CO2, kao najpogodnijeg načina ublažavanja klimatskih promena. Prikazani su osnovni tipovi sistema za geološko skladištenje, geofi zičke metode kojima se vrši monitoring migracije gasa kroz geološke formacije, kao i R&D projekti EU koji se bave održivim razvojem. Takođe se analiziraju razlozi zbog kojih ovaj tip ublažavanja klimatskih promena mora postati obavezan deo Strategije razvoja energetike i Strategije održivog razvoja Srbije.

Ključne reči: Energetika, globalne promene, Kjoto protokol, održivi razvoj, CO2, geološko skladištenje, Strategija energetike Srbije, Strategija održivog razvoja Srbije.

CO2 Geological Storage – Obligatory Part of National Strategies for Energy and Sustainable Development

In oil and gas production, CO2 content becomes very important problem. Attention has not been so directed to this gas until it was defi ned that CO2 emission is one of the main carriers of climate changes (Kyoto protocol). Because of this reason, subject of the paper is geological storage of this gas, as the most suitable way for climate changes mitigation. In the paper, types of geological storage systems, geophysical methods which are applied for monitoring of gas migration through geological formations, as well as EU R&D projects supporting sustainable energy systems are presented. Finaly, reasons for obligatory involvement of this way of climate changes mitigation into the National Strategies for Energy and Sustainable Development are discussed.

Key words: Energy, global changes, Kyoto protocol, sustainable development, CO2, geological storage.

Tabela 1 Period trajanja nekih geoloških procesa

[074]

energija

• Ležišta prirodnog gasa i• Ležišta uglja.Baseni nastali u centralnim delovima okeana (npr. Atlantik, Arktik, Indijski okean), ili u blizini oboda stabilnih kontinentalnih ploča su idealne

lokacije za dugotrajno i bezbedno odlaganje CO2, zbog njihove povoljne geološke stabilnosti i gradje. U tabeli 2 dati

su kriterijumi za odredjivanje lokacija – potencijalnih odlagališta štetnih gasova. Mora se imati u vidu da je kapacitet potencijalnih geoloških skladišta na Planeti dovoljan da se uskladište ukupne svetske emisije CO2 u idućih nekoliko stotina godina!

Najpoznatija geološka odlagališta CO2 u svetu su:1. Sleipner (Severno more) - slani

rezervoar2. In-Salah (Alžir) i K12B (Severno

more) – ležišta gasa3. Weyburn (Kanada) – ležište nafte4. Alisson (New Mexico) i Recopol

(Poljska) – ležišta uglja.

1. Ležište Sleipner (Severno more). Od 1996. godine, norveška naftna kompanija Statoil započela je sa ekstrakcijom ugljen-dioksida iz gasa dobijenog iz ležišta Sleipner (u ovom gasu je registrovan sadržaj CO2 oko 9.5%) i njegovim upumpavanjem u slabo konsolidovanu miocensko - pliocensku peščanu formaciju Utsira, izuzetne poroznosti i permeabiliteta, tj. veliki akvifer sa registrovanim povišenim salinitetom ispod centralnog i severnog dela Severnog mora, na približno 1000 m dubine. Sam akvifer (pre početka deponovanja gasa) bio je debljine 200 m i izolovan debelim slojevima glinenog škriljca. Injektiranje je izvedeno u iznosu od milion tona godišnje, pri čemu je ukupna količina ovog gasa uneta u akvifer u toku sedmogodišnjeg perioda 6.1 miliona tona (slika 2). Čim se CO2 unese u akvifer, počinje njegova migracija ka površini. U trenutku dostizanja skoro nepropusnog sloja glinenog škriljca, usmerava se ka drugim formacijama. Ovaj proces se ponavlja u toku kontinuiranog upumpavanja gasa do potpunog zasićenja akvifera. Procenjuje se da je kapacitet ležišta: 20 Mt CO2.

2. Ležište In-Salah (Alžir). Nalazi se u centralnom delu Alžira i predstavlja prvo veliko odlagalište CO2 u ležištu gasa (slika 3). Od aprila 2004. godine, u formaciji peščara Krechba, godišnje se uskladišti 1 Mt CO2. Koriste se četiri proizvodne i tri injekcione bušotine, kao i duge horizontalne bušotine. Sloj glinaca velike debljine u potpunosti sprečava gubljenje gasa iz odlagališta. Ukupni kapacitet ležišta procenjuje se na 17 Mt CO2.

3. Ležište Weyburn (Kanada). Ležište nafte se nalazi u sedimentnom basenu Williston, za čiju se veću produktivnost ubrizgava CO2 od 2000. godine. Izolovano je anhidritima i glincima, a procenjuje se da je ukupni kapacitet odlagališta gasa 20 Mt CO2.

4. Ležište Recopol (Poljska). Skladištenje CO2 u ovom ležištu uglja sprovodi se od 2004. godine, u okviru velikog projekta ECBM, fi nansiranog od strane EU. Gas se upumpava u sloj uglja na dubini od oko 1000 m i istovremeno proizvodi metan.

Slika 1 Tipovi ležišta za deponovanje CO2: 1. ispražnjena ležišta nafte i gasa; 2. primena gasa u efi kasnijoj proizvodnji nafte i gasa; 3. duboki akviferi (stene zasićene vodom povišenog saliniteta); duboki slojevi uglja; 5. primena gasa u proizvodnji metana u ležištima uglja; ostale opcije (bazalti, naftni škriljci, pukotine).

Tabela 2 Kriterijumi za odredjivanje odlagališta

Slika 2 Skica načina upumpavanja CO2 u akvifer Sleipner

[075]

energija

Slika 3 Poprečni presek ležišta In-Salah

Slika 4 Poprečni presek ležišta Recopol

Tabela 3 Ukupni kapacitet odlagališta CO2 u svetu (a ove vrednosti treba uvećati za 25% ukoliko se uzmu u obzir i “neotkrivena” ležišta nafte i gasa)

Posledice oslobadjanja CO2 iz skladišta:1. Lokalne:• Uticaj na zdravlje stanovništva u

slučaju povišenih koncentracija CO2;• Smanjenje pH zemljišta i vode, što

može izazvati: rastvaranje kalcijuma, povećanje tvrdoće vode i oslobadjanje metala u tragovima.

2. Globalne – oslobadjanje gasa smanjuje mogućnost emisije CO2 u atmosferu, a time i ublažavanja klimatskih promena.

Cilj monitoringa je da se:• Spreči štetan uticaj na zdravlje

stanovništva i životnu sredinu;• Prati količina uskladištenog CO2; • Prati migracija uskladištenog CO2

(simulacioni modeli);• Utvrdi iznenadni poremećaj u sistemu

skladištenja i hitno alarmira javnost.Za ilustraciju monitoringa, može poslužiti ležište Sleipner u Severnom moru. Radi stalnog praćenja rasporeda i migracije CO2, u okviru velikog istraživačkog projekta SACS (Saline Aquifer CO2 Storage), primenjene su geofi zičke - seizmičke metode [2]. Seizmika (time-lapse seismics) je prvi put na ovom lokalitetu primenjena u oktobru 1999. godine (do kada je već bilo upumpano u teren 2.35 miliona tona CO2), a drugi put – u oktobru 2001. godine (kada je količina ubrizganog gasa iznosila 4.26 miliona tona). Rezultati seizmike potvrdili su pretpostavku da će u okviru akvifera doći do dramatičnih promena u pogledu karaktera refl ektovanja talasa. Izrazite negativne refl eksije su registrovane na devet stratigrafskih nivoa, u obe faze istraživanja (slika 5). Nivoi ugljen-dioksida su prikazani žutom (za 1999. godinu) i zelenom bojom (za 2001. godinu). Na osnovu dosadašnjih rezultata projekta, može se zaključiti da je seizmika korisna za monitoring distribucije ugljen-dioksida u odlagalištima ispod morskog dna. Ovom metodom postiže se fantastična preciznost detekcije gasa, reda veličine jedan metar i manje. Mora se skrenuti pažnja na činjenicu da seizmički podaci iz 1994. godine nisu bili korisni za defi nisanje topografi je glinovitih škriljaca. Međutim, kasnijim seizmičkim istraživanjima, uspešno je okonturena peščana formacija Utsira, duž koje CO2 migrira.

Teku}i me|unarodni projekti

U okviru koncepta zahvatanja i geološkog skladištenja CO2, izvode se brojni medjunarodni projekti, koje fi nansira EU u okviru programa FP6 i

Slika 5 Rezultati seizmičkih ispitivanja izvedenih u toku 1994., 1999. i 2001. godine, uključujući i razlike između podataka za period 1999-1994. i 2001-1994. Nivoi CO2 za 1999. (žuto) i 2001. godinu (zeleno) uočavaju se na obe sekcije

[076]

energijaFP7. Ovi projekti se bave istraživanjima mogućnosti kaptiranja štetnih gasova (CASTOR, ENCAP, CACHET, DYNAMIS), ali i istraživanjima mogućnosti njihovog skladištenja (CO2SINK, RECOPOL). Najpoznatiji projekti su: • EU GeoCapacity (Assessing European

Capacity for Geological Storage of Carbon Dioxide);

• CASTOR (CO2 from Capture to Storage);

• GESTCO (Assessing European Potential for Geological Storage of CO2 from Fossil Fuel Combustion);

• CO2GeoNet (European Network of Excellence on Geological Storage of CO2);

• CO2SINK (In-situ laboratory for capture and storage of CO2);

• IEA GHG website focused on CO2 Capture and Storage [3].

Vidi se da se mora obratiti pažnja na ovaj aspekt skladištenja CO2, zbog donatorskih programa Svetske Banke i Evropske Komisije.

Pravni aspekti geološkog skladištenja CO2 i javno mnenje

I pored toga što je geološko skladištenje CO2 uredjeno raznim multilateralnim ekološkim sporazumima (Londonska konvencija – 1972, Londonski protokol – 1996, OSPAR – 1992), kao i nacionalnim zakonima u oblasti vode za piće, rudarstva, naftovoda i odlaganja otpada, neka važna pitanja još uvek nisu rešena – ko poseduje uskladišteni gas, ko plaća monitoring, ko je odgovoran za dugotrajno oslobadjanje CO2 iz skladišta, itd. Osnovni rezultati nekoliko sprovedenih ispitivanja u raznim državama pokazuju da je neznatan deo populacije (4-30%) uopšte čuo o mogućnosti geološkog skladištenja CO2 u cilju ublažavanja klimatskih promena. Pritom, ispitanici koji su nešto znali o tome, smatrali su ga prihvatljivim rešenjem.Što se tiče nevladinih organizacija, one podržavaju ovaj način ublažavanja klimatskih promena, uz nekoliko uslova:• Uravnotežena energetska politika za

sve opcije; • Sprečiti oslobadjanje CO2 iz

odlagališta (>100 000 godina);• Sprovodjenje nezavisnog monitoringa

i procene;• Sporazum o standardima u cilju

obezbedjenja potpunog integriteta;• ”NE” odlaganju gasa u okeanima (na

velikim dubinama).

Zaklju~ak

Pri eksploataciji nafte i gasa, sve veći problem predstavlja sadržaj CO2. Do sada se ovom gasu nije pridavala nikakva pažnja, dok nije ustanovljeno da njegovo ispuštanje u atmosferu upravo predstavlja jedan od glavnih uzročnika ubrzanih klimatskih promena (Kjoto protokol). Zato je predmet ovog rada odlaganje CO2, kao trenutno najpovoljnijeg načina za ublažavanje klimatskih promena. Analizirani su tipovi geoloških odlagališta, geofi zičke metode kojima se izvodi monitoring migracije ovog gasa kroz geološke formacije, kao i R&D projekti EU koji podržavaju tzv. Sustainable energy systems. Može se zaključiti da postoje ogromni kapaciteti za potencijalno skladištenje ovog gasa, i to u okviru različitih geoloških sredina. U njima, može se očekivati da se CO2 skladišti u jako dugom vremenskom periodu – i preko 100 000 godina. Podrazumeva se neophodnost kontinuiranog monitoringa migracije fl uida. Kada posmatramo vezu energetike, ekonomije i ekologije, pored energetske efi kasnosti i biogoriva, kao rešenje za smanjenje emisije CO2, a time i ublažavanje klimatskih promena, svakako se mora uvesti i zahvatanje i geološko skladištenje CO2 (Carbon Capture and Storage - CCS). Postupak zahvatanja, transporta i skladištenja CO2 u određene podzemne geološke formacije (duboki akviferi, iscrpljena ležišta nafte i gasa, kao i slojevi uglja na dubinama preko 1000 m), nastalog pri proizvodnji energije iz fosilnih goriva, prepoznat je od strane EU kao ključna komponenta za smanjenje emisije štetnih gasova. Tu se mora imati na umu da je kapacitet potencijalnih geoloških skladišta na Planeti dovoljan da se uskladište ukupne svetske emisije CO2 u idućih nekoliko stotina godina. U svetu se već sprovodi nekoliko projekata geološkog skladištenja. Zbog toga je neophodno da se i Srbija, kao budući član Evropske Unije, što pre uključi u ove projekte. Takođe, zakonska regulativa Srbije svakako mora obratiti pažnju na ovaj aspekt, zbog donatorskih programa WB i EC.

Literatura

[1] UNEP, WMO, 2006. Carbon Dioxide Capture and Storage. Intergovernmental Panel on Climate Change, Special report, 443 str.

[2] Komatina-Petrović S., 2005. EKOGEOFIZIKA. Geofi zika i zaštita životne sredine. DIT NIS-Naftagas, Novi Sad, 350 str.

[3] Komatina-Petrovic S., 2007. ENERGY, GLOBAL CHANGES AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT. European Geologist, No 23, EFG, Bruxelles, 36-38.

[4] European Commission, 2006. European CO2 Capture and Storage Projects. 6FP, Brussels, 24 str.

[077

energija

Dr Ozren Oci}, dipl. in`. tehn.Naftna industrija Srbije

UDC:665.61 : 339.13 (100)

19. svetski naftni kongres – kuda ide naftni biznis

Početkom jula u Madridu održan je 19. Svetski naftni kongres,

manifestacija koja se organizuje svake treće godine i koja predstavlja najznačajniji događaj u svetu naftnog biznisa. Kongresu je prisustvovalo oko 4 500 delegata, 35 ministara (energetike, ekonomije, industrije), 500 izvršnih direktora naftnih kompanija, 550 novinara i oko 15 000 učesnika i posetilaca izložbeno-sajamske manifestacije.Najznačajnije teme koje su obeležile kongres, i koje bi mogle da daju odgovor na pitanje kuda ide naftni biznis, su: 1. geopolitika i cene nafte, 2. istraživanja i proizvodnja nafte, 3. rafi nerijska prerada, 4. optimizacije u primeni prirodnog gasa, 5. alternativna goriva, 6. ekologija i 7. edukacija.

Ad 1. Najveće rasprave i razmimoilaženja u mišljenjima bile su na temu uzroka i posledica naglog rasta cena nafte. Predstavnici OPEK (organizacija zemalja, izvoznika nafte) negirali su tvrdnje Međunarodne agencije za energetiku da su cene nafte dovele do „trećeg naftnog šoka“. Oni kažu da ne postoji energetska kriza već kriza cena. Predsednik OPEK odbacio je optužbe da su članice ove organizacije, koje snabdevaju 40% svetskog tržišta, krive za veliki rast cena nafte. On je optužio SAD da monetarnom i spoljnom politikom uzrokuju ovaj rast, uz pesimističku prognozu da će se on nastaviti, uz povremene oscilacije. Takođe, rekao je da SAD moraju da stabilizuju dolar jer, na primer, pad dolara od 1% u odnosu na evro uzrokuje povećanje cene nafte za 4 dolara po barelu (1 barel = 159 litara). Po njegovom mišljenju, smanjenje kamata i spekulacije fi nansijskih investitora glavni su

faktori povećanja cena. Takođe, značajni uzroci povećanja cena su, pored ratnih sukoba, i političke krize. Rat u Iraku doprineo je poremećaju u snabdevanju naftom što je dovelo i do povećanja cena. Naime, danas Irak proizvodi 2,2 miliona barela dnevno a pre rata proizvodio je 6 miliona barela. Takođe, politička situacija u Iranu (razrešenje problema iranskog nuklearnog programa) utiče na cene nafte. Eventualno pogoršanje situacije u odnosima Irana i SAD dovelo bi u pitanje njihovu proizvodnju od 4,2 miliona barela na dan, a ne treba zanemariti ni mogućnost blokiranja naftovoda kojim se transportuje 40% od ukupne proizvodnje nafte sa Srednjeg Istoka.Predsednik OPEK je, takođe, negirao mišljenje nekih analitičara da porast cena nafte dovodi do recesije, navodeći primer Kine i Indije a i nekih drugih zemalja Srednjeg Istoka, velikih uvoznika i potrošača nafte, koje, i pored rasta cena nafte, imaju veliki i brz ekonomski rast.

Ad 2. Značajna tema, o kojoj se mnogo razgovaralo, bila je oblast istraživanja i proizvodnje nafte. Mnoge zemlje, u srednjoročnom periodu, planiraju velika investiciona ulaganja u ovaj segment naftne industrije. Na primer, Saudijska Arabija planira da, do 2012, investira 14 milijardi dolara da bi povećala proizvodnju nafte za 30% (sadašnja proizvodnja iznosi oko 10 miliona barela na dan). Naftne kompanije nekih zemalja planiraju da, u ovom periodu, dupliraju svoju proizvodnju (Nigerija sa 2 na 4, Angola sa jednog na 2, Kolumbija sa 0,5 na jedan milion barela dnevno). Lukoil planira da, do 2012, investira više od dve milijarde

dolara u istraživanje nafte u Severnom kaspijskom regionu. Takođe, ulaganja su planirana i u Centralni kaspijski region, čime bi se kapaciteti proizvodnje iz Kaspijskog regiona povećali na više od 7 milijardi barela nafte i 800 milijardi kubnih metara prirodnog gasa.Države članice OPEK planiraju da, u ovom periodu, investiraju više od 160 milijardi dolara u istraživanja i proizvodnju nafte. Planirano povećanje proizvodnje nafte moglo bi da prati predviđeni porast potrošnje nafte odnosno naftnih derivata od 1,6% godišnje. Međutim, članice OPEK postavljaju pitanje da li će velika investiciona ulaganja u povećanje proizvodnje nafte biti opravdana, bez obzira na planirani rast potrošnje, uzimajući u obzir nepredviđena svetska, geopolitička, dešavanja. Ovo pitanje, bez odgovora, usmereno je pre svega na SAD.U projektima istraživanja i proizvodnje nafte, najčešće, učestvuju zajedno domaće i strane naftne kompanije. Iako domaće kompanije drže oko 80% globalnih rezervi nafte, saradnja sa stranim kompanijama je neophodna jer one, pored značajnih investicionih sredstava ( na primer, u offshore istraživanja i proizvodnju nafte kapaciteta 200 000 barela na dan treba investirati 7-10 milijardi dolara) još uvek drže tehnološka znanja i procesna iskustva. Irak je, upravo, pozvao strane naftne kompanije da učestvuju na tenderu za dobijanje koncesija za istraživanje i proizvodnju nafte na više naftnih polja. Očekuje se da će proizvodnja na ovim poljima, do 2013, dostići 4,5 miliona barela dnevno. U svakom ugovoru, planirano je da najmanje 25% učešća zadrži iračka kompanija. Kina planira

[078]

energija

da, do 2020, investira 50 milijardi dolara u offshore istraživanja nafte, sa učešćem domaćih i stranih kompanija. Domaće kompanije će u ovim projektima imati vlasnički udeo od najmanje 51%. Od stranih kompanija interes su pokazali Shell, British Petroleum, Chevron i ConocoPhillips. Vlada Brazila planira da formira posebnu državnu kompaniju koja će voditi sve aktivnosti (izdavanje licenci i drugo) oko istraživanja i proizvodnje nafte na nedavno otkrivenim naftnim poljima, a čije očekivane rezerve se procenjuju na preko 30 milijardi barela. Na ovom projektu, pored domaće naftne kompanije Petrobras, očekuje se učešće i najvećih svetskih kompanija. Takođe, Kolumbija, Nigerija, Angola i još neke zemlje planiraju da povećanje proizvodnje nafte realizuju kroz zajedničke projekte sa stranim kompanijama. Značajna tema u izlaganjima iz oblasti istraživanja i proizvodnje nafte odnosila se na razne oblike plaćanja (licence, takse, tarife i drugo) koje strane a i domaće naftne kompanije plaćaju državama u kojima vrše istraživanja i proizvodnju nafte. Naftne kompanije smatraju da su ove nadoknade, najčešće, previsoke. U nekim državama one iznose i do 80% od ukupnog profi ta koji kompanija ostvaruje na tom projektu. Međutim, izneti su i suprotni primeri. Kolumbijska Nacionalna agencija za naftu dala je, prošle godine, naftnim kompanijama 54 besplatne licence za istraživanje nafte a ove godine planira još 50. Ove mere su omogućile da strane direktne investicije u ovoj zemlji prošle godine budu 3,4 milijarde dolara a ove godine se očekuju između 4 i 5 milijardi. Takođe, ruska vlada predložila je da se naftne kompanije, koje učestvuju u istraživanju nafte na naftnim poljima Timan-Pechora i Yamal Peninsula, oslobode plaćanja taksi u narednih sedam godina.U cilju prevazilaženja problema oko velikih ulaganja u, veoma često neizvesne, projekte istraživanja i proizvodnje nafte menadžeri velikih kompanija (BP, Shell, Total) predložili su promenu klasičnih ugovora u novi tip ugovora između domaćih i stranih naftnih kompanija. Ovim tipom ugovora domaće i strane kompanije imale bi veće, zajedničko, učešće u podeli rizika ali i u podeli profi ta. Kao primer ovog tipa ugovora dat je ugovor Totala i Gazproma na projektu polja Shtokman u Barentovom moru.

Ad 3. Značajna oblast, kojoj je posvećena velika pažnja, bila je i rafi nerijska prerada nafte. Prema

nekim analizama, do 2013, očekuje se rast potrošnje naftnih derivata od 1,6% godišnje. Za predviđenu povećanu potrošnju potrebni su novi rafi nerijski kapaciteti od oko devet miliona barela na dan. Dakle, generalno, potrebne su značajne investicije u izgradnju novih rafi nerija.Članice OPEK planiraju da, u srednjoročnom periodu, investiraju više od 60 milijardi dolara u izgradnju novih rafi nerija. Projekat proširenja rafi nerijskih kapaciteta u Iranu, koji je već započeo, obuhvata izgradnju deset novih rafi nerija. Kina, s obzirom na veliki rast potrošnje transportnih goriva od 16% godišnje, planira da udvostruči svoje rafi nerijske kapacitete, sa potrebom prerade od 12 miliona barela na dan. Kineska kompanija Sinopec, zajedno sa sa kompanijama ExxonMobil i Saudi Aramco, započela je realizaciju prvog projekta nove rafi nerije, sa planiranom investicijom od pet milijardi dolara.Svetske naftne kompanije, vlasnici rafi nerija, takođe, planiraju i velika ulaganja u izgradnju sekundarnih, konverzionih postrojenja, koja će omogućiti proizvodnju derivata prema budućim standardima (EU i drugim) kao i bolju valorizaciju nafte. Završetak ovakve modernizacije neophodan je, što je pre moguće, i srbijanskoj rafi neriji nafte.

Ad 4. Da bi se dobila kvalitetna transportna goriva, širom sveta a naročito na Srednjem Istoku, razvijaju se veliki projekti optimizacije prirodnog gasa (GTL – gas to liquids) u cilju dobijanja tečnih, GTL goriva iz prirodnog gasa. U Nigeriji započet je veliki GTL projekat koji zajednički realizuju SasolChevron i domaća kompanija. Projekat će biti završen do 2011. i koštaće oko tri milijarde dolara. Takođe, u Qataru će Shell i domaća naftna kompanija, u sledećih nekoliko godina, završiti veliki GTL projekat. Još nekoliko planiranih projekata su u fazi izrade studije izvodljivosti. Realizacija ovakvih projekata će povećati mogućnost obezbeđivanja svetskih potreba za gorivima odgovarajućeg kvaliteta.Takođe, u cilju smanjenja rizika kontinualnog snabdevanja prirodnog gasa, u svetu se sve više razvijaju projekti utečnjavanja prirodnog gasa (LNG – liquifi ed natural gas). U poslednjih desetak godina rast realizacije ovih projekata bio je, prosečno, 7% godišnje. U Angoli je u toku realizacija jednog LNG projekta u kome učestvuju Sonangol, Chevron, BP, Total i Eni. Projekat će biti završen 2012. i proizvodiće 5,2 miliona tona LNG godišnje.

Kompanije Shell i Repsol su u pregovorima sa iranskom naftnom kompanijom o izgradnji jednog velikog LNG postrojenja. Inače, Iran je razvio program realizacije LNG projekta. Prvo postrojenje, kapaciteta deset miliona tona godišnje, trebalo bi da se završi 2011, drugo postrojenje, istog kapaciteta, u 2012, a treće postrojenje, kapaciteta 16 miliona tona godišnje, u 2013. Najveći LNG projekti realizuju se u Qataru. Trenutno, iz pet postrojenja proizvodi se oko 30 miliona tona LNG godišnje a drugih pet postrojenja, koja su u izgradnji, proizvodiće još 46 miliona tona godišnje. Kompanije ExxonMobil i Qatar Petroleum su 2002. započele izgradnju dva, paralelna, LNG postrojenja kapaciteta po 7,8 miliona tona godišnje, za snabdevanje engleskog tržišta sa LNG. Naknadno, uključivanjem kompanije Shell, ConocoPhillips i Total, ovaj projekat je proširen na šest postrojenja, ukupnog kapaciteta 47 miliona tona godišnje. Ukupna investicija iznosiće više desetina milijardi dolara i, za sada, ovo je najveći LNG projekat na svetu. Takođe, Holandija je nedavno donela odluku o realizaciji velikog projekta, za snabdevanje Zapadne Evrope sa LNG.Tehnoekonomskim analizama, generalno, utvrđeno je da su offshore LNG projekti isplativiji od projekata gasovoda koji su duži od 1 500 km a onshore projekti isplativiji od gasovoda dužeg od 1 800 km.

Ad 5. U pogledu obnovljivih izvora energije potvrđena su svetska opredeljenja da se proizvođači energije, što je pre moguće, usmere na alternativne izvore. Prema nekim procenama sadašnja proizvodnja biogoriva, energije vetra i solarne energije čini manje od 2% od ukupne, globalne, proizvodnje energije. Što se tiče proizvodnje transportnih goriva iz obnovljivih izvora potrebno je omogućiti uslove za ostvarivanje predviđenih ciljeva. Na primer, za Evropsku uniju cilj je da se, do 2010, iz obnovljivih izvora proizvodi 5,7% od ukupne proizvodnje transportnih goriva a u 2020. najmanje 10%. Međutim, postoje i drugačija razmišljanja u pogledu planiranog obima proizvodnje goriva iz obnovljivih izvora. Neke svetske institucije procenile su da je proizvodnja biodizela uticala na povećanje cene hrane za 30%. Sa ovim mišljenjem nije se složio američki sekretar za poljoprivredu koji smatra da to povećanje iznosi najviše 3%. Inače, prema podacima FAO, u periodu 2005-2007, proizvodnja biodizela porasla je za oko 60%. U

[079]

energija

svakom slučaju, kada je u pitanju proizvodnja goriva iz obnovljivih izvora, potrebno je, uz detaljnu analizu svakog regiona, uspostaviti optimalan balans.

Ad 6. Pošto se više od 60% emisija štetnih gasova u svetu proizvodi u energetskom sektoru, zaštita životne sredine bila je, takođe, jedna od značajnijih tema kongresa. Svi učesnici, koji su govorili na ovu temu, podržali su opšti trend koji, za sada, ne prihvataju SAD i još neke zemlje, a koji vodi smanjenju emisija štetnih gasova prema Kjoto protokolu. Na primer, proizvodnja goriva iz obnovljivih izvora omogućiće nekim državama da ispune zahteve iz ovog protokola. Prema nekim analizama etanol, proizveden iz šećerne trske u Brazilu, a koji je zamenio motorni benzin, smanjio je emisije štetnih gasova za 80%.Poslednjih nekoliko godina u svetu se razvila trgovina dozvoljenim emisijama štetnih gasova između pojedinih zemalja. Procenjuje se da je, u 2007, vrednost ovih transakcija bila preko 60 milijardi dolara.

Ad 7. Mnogi menadžeri naftnih kompanija ukazali su na problem povećanja proseka starosti zaposlenih u naftnoj industriji kao i problem nedostatka stručnjaka u ovoj oblasti. Naime, sve manji broj mladih se opredeljuje za studiranje na tehničkim fakultetima, a da bi se postalo vrhunski stručnjak, posle diplomiranja, potrebno je najmanje 15 godina iskustva u ovoj industriji. O tome bi naftne kompanije trebalo da vode računa a rešenje može da se nađe u različitim vidovima saradnje sa fakultetima i naučnim institucijama.Predstavnik Naftne industrije Srbije, autor ovog članka, aktivan učesnik poslednja četiri svetska naftna kongresa (Kalgari, Rio, Johanesburg, Madrid), na ovom kongresu imao je izlaganje na temu modernizacije rafi nerija u Jugoistočnoj Evropi – region Zapadnog Balkana. Takođe, na predlog organizatora (World Petroleum Council) i koorganizatora i domaćina kongresa (Repsol i CEPSA), predstavnik Srbije učestvovao je na „okruglom stolu“ gde je prezentovana i njegova poslednja knjiga, monografi ja „Oil Industry of South Eastern Europe“. U ovoj monografi ji data je analiza, sa svih aspekata, naftne industrije jedanaest zemalja Jugoistočne Evrope, kao i analiza naftnih kompanija, ključnih igrača u ovoj regiji (OMV, MOL, Lukoil, Hellenic Petroleum).

OIL INDUSTRY OF SOUTH EASTERN EUROPE

Autor : Dr Ozren Ocić[email protected]

Izdavač: RPI

Prikaz

Naftna industrija Jugoistočne Evrope, vitalna za dalji uspešan ekonomski razvoj regiona, nedavno je podvrgnuta značajnim promenama. Proces obuhvata sektore „upstream“, „midstream“ i „downstream“ i uključuje:• razvoj „offshore“ i „onshore“ istraživanja i proizvodnje nafte• razvoj inftrastrukture transporta nafte i naftnih derivata• diversifi kaciju snabdevanja nafte u regionu• modernizaciju rafi nerija nafte prema standardima Evropske unije,

razvoj tržišta derivata (veleprodaja i maloprodaja).

Monografi ja/studija OIL INDUSTRY OF SOUTH EASTERN EUROPE (NAFTNA INDUSTRIJA JUGOISTOČNE EVROPE), autora dr Ozrena Ocića, pokriva u svojoj analizi sledeće zemlje: Albanija, Bosna i Hercegovina, Bugarska, Hrvatska, Grčka, Mađarska, Makedonija, Crna Gora, Rumunija, Srbija i Slovenija.Kroz prikaz naftne industrije svake zemlje sadržan je njen istorijski razvoj, sadašnje stanje i razvojne perspektive uključujući:• strategiju vlade i plan razvoja industrije• „upstream“ (istraživanje i proizvodnja nafte) aktivnosti i ključni

naftni „igrači“ u regionu• „midstream“: transportna infrastruktura, sadašnja i projektovana,

prognoza razvoja• „downstream“: sadašnje stanje i razvojne perspektive za sve lokalne

rafi nerije i petrohemijska postrojenja• tržište naftnih derivata, veleprodaja i maloprodaja: sadašnji i

projektovani razvoj.

Monografi ja/studija OIL INDUSTRY OF SOUTH EASTERN EUROPE takođe sadrži detaljne profi le glavnih naftnih kompanija Jugoistočne Evrope (OMV, LUKOIL, MOL, Hellenic Petroleum), kao što su:• proizvodnja i fi nansijski indikatori• sadašnje aktivnosti i razvojne perspektive• SWOT analize ključnih naftnih kompanija sa aspekta unapređenja prisustva u regionu

Monografi ja/studija je važan izvor informacija za :• tehničke fakultete i naučne institucije• kompanije-proizvođače nafte• kompanije za transport, distribuciju i trgovinu nafte• kompanije za usluge i proizvodnju opreme• inženjering kompanije• banke i fi nansijske institucije• konsultantske organizacije.

Sergei Rudnitsky Zamenik generalnog direktora RPI

[080]

energija

Mirko Pajni}, dipl.ma{ in`.Milo{ Begovi}, dipl.ma{ in`.

UDC:621.311.22 : 621.634.004

Energetski aksijalno protočni ventilatori u termoenergetskim postrojenjima

U RUDNAP-GROUP - MINEL-KOTLOGRADNJI ventilatore

raznih vrsta i namena proizvodimo od 1958. godine. Ovi radom želja nam je da Vam predstavimo naš program aksijalnih ventilatora AS ( tipa “SCHICHT”) čiju smo proizvodnju započeli 1965. godine u saradnji sa poznatom zapadnonemačkom fi rmom “KKK”, a razvoj nastavili samostalno krajem sedamdesetih godina.U tabeli 1 dat je pregled urađenih ventilatora AS - tipa “SCHICHT” od strane Minel Kotlogradnje ( samostalno ili u saradnji sa fi rmon “KKK”) .Aksijalni ventilatori ovog tipa pokrivaju oblast protoka od 4 do 450 m3/s i pritiske do 100mbar, a na zahtev investitora radimo i jedinice do 900 m3/s i veće. Pri istim karakteristikama ovi ventilatori su obično znatno lakše konstrukcije od centrifugalnih, pa i drugih aksijalnih ventilatora. Primenjuju se :- u energetskim postrojenjima kao

ventilatori svežeg vazduha, dimnih gasova i primarnog vazduha,

- u sistemima za odsumporavanje dimnih gasova kao ventilatori za povećanje pritiska na toploj strani i kao ventilatori dimnih gasova na hladnoj strani,

- u svim ostalim postrojenjima u kojima se transportuju i regulišu veliki zapreminski protoci vazduha i otpadnog gasa.

• Energetski aksijalni ventilatori AS - opis konstrukcije, princip rad, izbor , regulacija.

1. Opis konstrukcije: Gledano u smeru strujanja vazduha, ventilator sadrži sledeće elemente (slika1):

1. Usisna komora (usisno grlo), koja služi za dovođenje struje u osu ventilatora,

2. Regulacioni aparat, sa svojim regulacionim lopaticama, služi za regulaciju protoka i pritiska na željeni radni režim,

3. Kućište ventilatora je nedeljivo. Kao fi ksna tačka ventilatora, ono je čvrsto pričvršćeno na temelj, pomoću dve noge, koje su zavarene za plašt. Radijalno poređane usmerivačke

lopatice su sastavni deo kućišta. Njihova je uloga da omoguće bolje strujanje i da nose oklop kućišta u kome je smešten unutrašnji ležaj. Usmerivačke lopatice kod ventilatora svežeg vazduha su zavarene za jezgro i kućište dok su kod ventilatora dimnog gasa zamenljive i ako je potrebno zbog pohabanosti mogu se zameniti pojedinačno čak i bez demontaže kućišta. Statorski delovi se oslanjaju u tri tačke, ispod usisne

Rezime

U priloženom radu je prikazano konstruktivno rešenje energetskog aksijalno-protočnog ventilatora AS ( tipa “SCHICHT” ) sa opisom konstrukcije, principom rada, regulisanjem. Zbog dobrih protočnih i pritisnih karakteristika, ovi ventilatori zauzimaju manji prostor od centrifugalnih, a pri istim karakteristikama, znatno su lakši, pa je i cena ugradnje niža.Ova vrsta aksijalno protočnog ventilatora je našla široku primenu u energetskim postrojenjima, kao ventilatori svežeg vazduha, dimnih gasova, primarnog vezduha, u sistemima za odsumporavanje dimnih gasova i u svim ostalim postrojenjima u kojima se transportuju i regulišu veliki zapreminski protoci vazduha ili otpadnog gasa.Prikazano je i upoređenje, što se ekonomskih pokazatelja tiče, ventilatora AS naše proizvodnje i ruskih energetskih ventilatora “DOD”, ugrađenih u ter-moenergetska postrojenja u Gackom, Pljevljima, Bitolju, Sisku i Kostolcu –A.

Slika 1

[081]

energija

komore, kućišta i difuzora. Oslonac ispod obrtnog kola je fi ksan, dok su druga dva oslonca slobodna i mogu primiti aksijalna pomeranja usled zagrevanja.

4. Rotorski deo se sastoji od obrtnog kola i vratila koje se oslanja na svojim krajevima. Veza između obrtnog kola i vratila, je omogućena pomoću prirubnice i kontraprirubnice povezanih vijcima. Vratilo se oslanja na dva kotrljajuća, samopodesiva ležaja. Unutrašnji ležaj je fi ksan, dok je spoljni (sa strane spojnice) slobodan. Podmazivanje se vrši spolja, tako što se spoljni ležaj podmazuje preko mazalica, a unutrašnji preko voda za podmazivanje. Oba ležaja su snabdevena sa uređajima za regulaciju količine maziva, čime se omogućava uklanjanje viška masti. Unutrašnjem ležaju je moguće prići kroz ulazni otvor na difuzoru. Hlađenje unutrašnjih ležaja se postiže strujom spoljašnjeg vazduha koja se pojavljuje iza obrtnog kola, a po zaustavljanju ventilatora putem prirodne promaje kroz dimnjak. Još jedan način hla|enja je taj, da je unutrašnji rukavac izrađen sa rupom u sredini, pa se tako toplota odvodi sa spoljašnje i unutrašnje strane ležaja. Vratilo ventilatora je zaštićeno sa limenom oblogom koja služi kao zaštita od mehaničkih nečistoća. Kada ventilator transportuje gasove visoke temperature i difuzor i kućište moraju biti izolovani, da bi se izbeglo neželjeno pregrevanje unutrašnjeg ležaja.

5. Difuzor je montiran na kraju ventilatora i on je nedeljiv. Jedan profi lisan oslonac, koji je postavljen u difuzoru, se upotrebljava za nošenje jezgra difuzora, kao i za prolaz vazduha za hlađenje unutrašnjeg ležaja, voda za podmazivanje i kontaktnog termometra za merenje temperature ležaja.

2. Princip rada: Ovo je tip aksijalnog ventilatora sa meridijanskim ubrzanjem, za razliku od ostalih aksijalnih ventilatora kod kojih se preseci u meridijanskom pravcu ne smanjuju već ostaju isti, kod ovog tipa se ti preseci jako smanjuju u smeru strujanja.Kod normalnih aksijalnih ventilatora je cm= const , u delu obrtnog kola. Kod ovog tipa ventilatora se pomoću dijagrama brzina, koji je prikazan na slici 2, najlakše uočavaju razlike u odnosu na normalna aksijalna kola. Puno izvučene linije na dijagramu važe za normalno aksijalno kolo sa

koefi cijentom pritiska ψ=0,7, što odgovara usporenju unutar kola w2/w1 =0,65. Ako se sada isto kolo izvede sa meridijanskim ubrzanjem pri istom skretanju u pravcu obima tj. pri istim cu komponentama, dobija se crtkasto izvučen dijagram. Sada je vrednost w2/w1 =0,755. Uočavamo da se dobija bitno manje usporenje u obrtnom kolu tj. i srazmerno manja opasnost od odlepljivanja gasne struje.Ako uporedimo kola sa istim usporenjem (kod normalnih aksilalnih ventilatora) kod kojih je w1=w1

´ i w2=w2

´ i jednakim uglom lopatica β, tada nastaje prema slici 3, znatno veće otklanjanje u pravcu obima i srazmerno viši pritisak. Dok su ulazni dijagrami indentični, dobijaju se bitne razlike u cu komponentama brzina. Kolo sa meridijanskim ubrzanjem pokazuje skoro dvostruku vrednost cu komponente brzine.Ovo znači dvostruko veći pritisak, odnosno dvostruko veći koefi cijent pritiska ψ. Dalja glavna razlika je u

veličini apsolutne izlazne brzine. Radi veće izlazne energije i preobražaj pritiska (dinamičkog u statički) je veći. To je razlog što kod ovih ventilatora difuzor igra veću ulogu nego kod normalnih aksijalnih ventilatora. Njegova konstrukcija je odlučujuća za ovu vrstu ventilatora. Kao prednost dobija se znatno viši pritisak, a kao nedostatak javlja se nužnost oblikovanja osetljivijeg difuzora ( u odnosu na normalne aksijalne ventilatore).Na slici 4 dato je poređenje aksijalnih ventilatora sa meridijanskim ubrzanjem i normalnih aksijalnih ventilatora.Odnos ukupnih pritisaka koji se postižu u jednom i drugom slučaju dat je u zavisnosti od potrebnog meridijanskog ubrzanja izraženog odnosom c2m/c1m. Ucrtane su i razne krive konstantnog usporenja relativne brzine izraženog odnosom w2/w1. Sa slike je vidljivo da se već pri umerenom meridijanskom ubrzanju, postižu znatna povećanja ukupnog pritiska. Pri inače jednom, određenom meridijanskom ubrzanju

Slika 2

Slika 3

[082]

energija

razlike su utoliko veće ( ∆p,∆p´) ukoliko je veći odnos w2/w1. Iz prakse je potvrđeno da se postiže dvostruko viši pritisak nego kod normalnih aksijalnih ventilatora. Prednosti aksijalnih ventilatora sa meridijanskim ubrzanjem dolaze do izražaja u oblasti viših koefi cijenata pritiska ψ. Dok su pri manjim vrednostima ψ, približno 0,2 do 0,30 , normalni aksijalni ventilatori nenadmašni i poseduju mnogobrojne prednosti, njihove osobine postaju sve lošije ukoliko se više zalazi u oblast viših vrednosti koefi cijenata pritiska. Dakle, kod ventilatora sa meridijanskim ubrzanjem može se postići da se u

obrtnom kolu relativna brzina ne smanjuje tj. da bude w1 = w2 , što kod normalnih aksijalnih ventilatora nije moguće. Tako se dobijaju bolji uslovi strujanja kroz samo obrtno kolo. Postiže se odlučujuća prednost, da nije nužno profi lisanje lopatice tj. da zadovoljavaju obične lopatice iz lima. U slučaju kada je kućište cilindrično i ispunjen uslov da je w1 = w2 , dobija se za spoljne ( duž cilindra ) strujne linije jednak statički pritisak (ρ/2)*(w1

2 – w22 ),

tj. obrtno kolo proizvodi samo kinetičku energiju. To znači da su vlakna bliže glavčini ubrzana, a na samoj glavčini vrlo jako ubrzana. Ukupan statički pritisak se dakle proizvodi u difuzoru, tako da je oblikovanje visoko opteređenog difuzora od

odlučujućeg značaja.

3. Regulacija:

Kada se protok ventilatora reguliše prigušivanjem, pri stalnoj ugaonoj brzini ventilatorskog kola, menjaju mu se radni uslovi. Grafi čki se ovaj proces predstavlja kontinualnom radnom krivom. Na slici 5 prikazana je radna kriva ventilatora sa prigušnim krivama i krivom stepena korisnosti.Ako se kriva koja određuje otpore sistema i radna kriva ventilatora seku u tački A, kojoj odgovara maksimalna vrednost stepena korisnosti, određena tačkom A’, ventilator će raditi pod najpovoljnijim uslovima. Dobro je da se

protočni trakt i ventilator tako izaberu, da se pri regulisanju protoka, zatvaranjem prigušnog organa, ostvareni radni režimi nalaze u području BC, kome odgovaraju visoke vrednosti stepena korisnosti određene deonicom BĆ´ na krivoj η. Ovi režimi su tako izabrani da tačkama B

i C odgovaraju stepeni korisnosti ηB = ηC = ξ * ηmax. Koefi cijenat ξ se bira prema širini radnog područja. Što je ξ manje to je, za isti tip ventilatora, radno područje šire. Obično se ξ kreće u granicama od 0,75 do 0,85. Radni režimi levo od tačke D nisu dozvoljeni, jer tačka D predstavlja granicu stabilnog rada, a levo od nje je zona nestabilnosti.Kada se ispred ventilatorskog kola , koje se obrće stalnom ugaonom brzinom, nalazi regulacioni usmerni aparat sa pomerljivim lopaticama, ostvaruju se različite radne krive ventilatora zavisno od nagiba usmernih lopatica. Obezbe|ivanje željenog radnog režima ventilatora, slika 6, postiže se izborom nagiba usmernih lopatica i otpora protočnog trakta.Eksploataciono radno područje ograničeno je na slici 6 linijama ABC, CDEF i FA. Linija ABC je deo krive aa koja predstavlja granicu stabilnog rada, najčešće uzetu sa izvesnom rezervom. Linija CDEF izabrana je prema kriterijumu za dozvoljeno odstupanje od maksimalnog stepena korisnosti.To je najčešće linija stalne vrednosti stepena korisnosti data uslovom η = ξ * ηmax . ηmax je maksimalna vrednost stepena korisnosti, a na slici 6 taj stepen korisnosti se ostvaruje pri režimu defi nisanom tačkom M. Linija FA je deo radne krive ventilatora ostvarene pri maksimalnom otvoru usmernog aparata.

4. Ure|aj za stabilizaciju karakteristika US- ure|aj

Aksijalni ventilatori tipa SCHICHT sa US-uređajem ugrađuju se u ona industrijska postrojenja u kojima se javlja potreba da ventilator u nekom režimu rada mora da radi sa vrlo niskim vrednostima protoka i pritiska, odnosno postrojenja u kojima se javlja problem promene otpora strujanja (takav je vrlo često slučaj sa ventilatorima svežeg vazduha u termoelektranama). US-uređaj se sastoji iz jednog obilaznog kanala koji je postavljen neposredno ispred ulaza u obrtno kolo u vidu jednog koncentričnog prstena povezanog sa kućištem ventilatora. Na malim protocima jedan deo struje iz radnog kola se vraća unazad obilaznim kanalom i na taj način se podstiže stabilnost pritiska.Ako uporedimo Q -∆p dijagrame ventilatora sa US-uređajem, slika 7, i bez njega, slika 8, videćemo da ventilator sa US-uređajem nema nestabilnog područja rada. On nema granicu stabilnosti koja ograničava radno područje ventilatora.

Slika 4

Slika 5

[083]

energija

Slika 6

Slika 7

• Ekonomski pokazatelji primene energetskih ventilatora u uslovima eksploatacije

Na našim prostorima su pored ventilatora tipa “SCHICHT” ugrađeni (u velika energetska postrojenja ) i ruski ventilatori ( dvostepeni tipa “DOD”) sa istim meridijanskim presecima duž smera strujanja . To su objekti u termoenergetskim postrojenjima u Gackom, Pljevljima, Kostolcu-A, Bitolju, Ugljeviku i Sisku .Izvršićemo analizu ( za iste parametre ) ugrađenog ventilatora u Kostolcu-A ili Bitolju- DOD 41 sa ventilatorom AS11-31 ND :Parametri ventilatora tipa DOD 41: Protok Q=300m3/s, pritisak p=31,5mbar, temperatura t=200 0C .Na osnovu ovih parametara izabran je ventilator AS11-31 ND tipa “SCHICHT”. U tabeli 1 su dati parametri ova dva tipa ventilatora.Na osnovu tabele 1 uočava se da je smeštajni prostor, ukupna masa , masa rotirajućih delova, masa obrtnog kola, po nekoliko puta manja kod ventilatora AS, nego kod ventilatora “DOD”, što pokazuje da je i nekoliko puta jeftiniji. Jedno od najvažnijih pitanja za sposobnost ventilatora u pogonu, jeste njegov odnos prema dejstvu habanja. Habanje je utoliko manje ukoliko je manja obimna brzina i ukoliko su bolji odnosi strujanja u obrtnom kolu, tj. i ukoliko su viši stepeni korisnog dejstva η.Pošto od svih aksijalnih mašina, aksijalni ventilatori sa meridijanskim ubrzanjem tipa “SCHICHT” imaju najviši koefi cijent pritiska, potreban je , za traženi pritisak, najmanji broj obrtaja od svih aksijalnih ventilatora (pri istom prečniku). U pogledu otpora prema habanju, od važnosti je, da radne tačke po mogućnosti leže blizu tačke maksimalnog η karakterističnog polja, jer tamo vladaju najpovoljniji odnosi strujanja. Osim toga ovaj ventilator ima naročitu prednost, da je zbog ubrzanog strujanja u obrtnom kolu prema kućištu, malo osetljiv, tako da se čak i kod znatnog habanja, ne umanjuje znatno vrednost η i koefi cijent pritiska. Kao potvrda o veku trajanja može se navesti da obrtno kolo jednog ovakvog ventilatora sa srednjim odnosima (loženje ugljenom prašinom, srednji sadržaj pepela, dobro otprašivanje), postiže cca 25.000 radnih sati. Kod veoma dobrih uslova, obrtna kola su bila već preko 80.000 radnih sati u eksploataciji. Na osnovu svega ovoga izloženog, uočava se prednost ventilatora tipa “SCHICHT”, kao energetskih ventilatora , u odnosu na ostale tipove aksijalnih ventilatora.

Slika 8

[084]

energija

6. Modularni sistem konstrukcije:

U istu veličinu kućišta može se ugraditi više vrsta običnih radnih kola, koja se razlikuju po obliku lopatica i uglovima postavljanja lopatica, a istovremeno se kombinuju I različite veličine statorskih regulatora, usisnih komora, usisnih dizni, dužih I kraćih difuzora. Na taj način dobijeno je više familija aksijalno protočnih ventilatora, od AS1 do AS12, različitih pritisnih I protočnih karakteristika, tako da možemo zadovoljiti svaki zahtev u okviru oblasti primene.Glavne mere (mm) – prema slici 1.

Tabela 1

Tabela 2

Literatura:Bruno Eck: Ventilatoren, Entwurf und Betrieb der Radial,Axial und Querstromventilatoren, 5 aufl age, Springer-Verlag Berlin -Heidelberg - New York 1972

[085]

energija

[086]

energija

Vera Duki}, Marko Tasi}, Siniša Vasi}

UDC:621.311.22 : [622.73 : 621.926]

Neki aspekti funkcionisnja mlina za mlevenje uglja primenjeni na mlinskom postrojenju isporučenom TE Tuzla i primer rešavanja određenih pitanja kod proizvodnje, transporta i montaže vrelovodnog kotla od 116MW koji je urađen za Beogradske Elektrane

1. Poznato je da preduzeće Rudnap Group Minel Kotlogtradnja, koje upravo ovih dana proslavlja 60. godišnjicu postojanja, se intenzivno bavi proizvodnjom mlinova za mlevenje uglja. Ta proizvodnja datira od još sedamdesetih godina prošlog veka. Do sada je preduzeće RGMK isporučilo preko 400 ventilatorskih mlinova i bezbroj ih remontovala. Danas sa zadovoljstvom konstatujemo da su praktično svi i dalje u funkciji. Nastojanjem da se efi kasnost, sigurnost i trajnost u radu stalno poboljšavaju, RGMK je za mlinsko postrojenje isporučeno TE Tuzla uradila određena poboljšanja (slika 1).

Ventilatorski mlin sa udarnim kolom se proizvodi u dve familije: tip N i tip S. Za našu zemlju su mnogo važniji i interesantniji VM-i tipa N -, koji se koriste za veoma vlažne mrke ugljeve i lignite ( vlažnost do 70 % ), a prave se kapaciteta do 200 t/h.VM familije S daju dobre rezultate u mlevenju uglja boljeg kvaliteta - mrkog i kamenog, a prave se kapaciteta do 75 t/h. VM-i Minel Kotlogradnje postali su po kvalitetu i pouzdanosti vodeći mlinovi u svetu za lošije ugljeve.Od svih isporučenih mlinova najveći broj je za velike energetske jedinice, počev od 200MW pa naviše: VM

N170.50 pa preko N200.45, N220.50, N270.45, do mlina N400.42 za TENT-B.Ovaj mlin ima prečnik udarnog kola 4100mm. OK je teško oko 35t. Celo mlinsko postrojenje ( kućište, međudeo i separator) su visine oko 15m, težine XX sa vratima mlina i duplim ležajem.Naši VM su isporučeni u termoelektane: TENT A, TENT B, TE Kostolac A i B , Kolubara A, Kolubara B, Morava, Gacko, Ugljevik, Šoštanj, Bitolj, Pljevlja, Belhatov, Bobov Dol,Tuzla.... U istm termoelektranama su stečena i mnoga korisna iskustva vezana za ovaj proizvod.Na izbor VM -a utiču mnogi faktori: sastav uglja, količina vlage i pepela u

Slika 1

[087]

energija

uglju, struktura uglja -posebno sadržaj ksilita, meljivost uglja, kapacitet kotla, ....... Mlinovi za ugalj predstavljaju jedan od najvitalnijih elemenata uređaja za sagoravanje ugljenog praha.

Tehnički podaci tip mlina VML 280.62 K br.kom. 8 nazivni br. obrtaja 600 o/min. maksimalni kapacitet mlna 37 t/h

fi noća ugljenog praha:R 0.09 55 %R 1.0 2 %

zapreminski protok aerosmeše 155.000 m3/h

napor mlina 700 Pa temperatura aerosm. na izlazu iz mlina 180 st. C

prečnik udarnog kola 2800 mm radna širina kola 630 mm zamajni moment udarnog kola (GD2) 41.000kgm2

potrebna snaga elektromotora 630 KW

Obrtno koloObrtno kolo ovog mlina je prečnika 2800 mm (slika 2). Prsten i disk su od legiranog čeličnog liva.Udarne ploče od materijala koji je otporan na habanje. Pri izradi diska i prstena postoje tačno defi nisani zahtevi koji moraju biti ispunjeni pri livenju, odnosno tačno propisani uslovi tehničke isporuke odlivaka.

Slika 2

Slika 2

[088]

energija

Naša fi rma se takođe vrlo uspešno bavi i reparaturom obrtnih kola koja su već neko vreme bila u eksploataciji, uz primenu savremenih tehnologija pri sanaciji i uz sva zahtevana ispitivanja posle sanacije, uz preporuku za buduću eksploataciju istog kola.2. Prilikom izrade vrelovodnog kotla 116MW za Beogradske Elektrane pojavio se problem ukrupnjavanja elemenata od kojih se jedno ovakvo postrojenje sastoji. Posebno imajući u vidu problem sprovođenja hidrotesta koji se radi kao kruna svih ispitivanja. Posle niza iskušenja konstruktori i tehnolozi

Slika 4

Slika 5

RGMK uz podršku konzorcijalnog partnera Kirke Suri i saglasnost investitora i Republičke inspekcije su odlučili da se pomenuta operacija uradi na sledeći način:• Elementi, kao što su kompletni

panelski zidovi, zajedno sa svojim kolektorima su spojeni tako da je formirano samo telo kotla u svoj svojoj prirodnoj veličini, samo je postavljeno horizontalno. Zatim je cela konstrukcija bukvalno presečena na dva veća i dva manja dela. Pri tome se u prethodnom postupku moralo voditi računa da dimenziono bude predviđen prostor za sečenje.

U nastavku su ovako razdvojeni elementi (vidi slike na sledećoj strani) transportovani na samo gradilište. Ostali elementi su separatno odveženi iz fabrike. Na samom gradilištu je izvršeno spajanje (vidi slike) tako da je obezbeđen optimalan rezultat u sistemu proizvodnja – ispitivanje hidrotestom – transport – montaža.

• Kod kotla od 140 MW ovakva tehnologija zbog ipak prevelikih dimenzija nije moguća.Tu su pomenuti učesnici odlučili da problem prevaziđu na taj način što će se praktično cela montaža odvijati na gradilištu. Ovo rešenje nije racionalno kao prethodno, kod kotla od 116MW, ali jednostavno se na drugi način nije moglo.

[089]

Documents

Energija