GOSPODARJENJE Z ENERGIJO - · PDF file1.3.1 Svet ... nekaj ni mogoče dobiti iz nič. Energija telesa se zmanjša, če telo odda delo ali toploto, in poveča, če delo ali toploto

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Jože VORŠIČ

Andrej ORGULAN

GOSPODARJENJE Z

ENERGIJO

Vsebina i

VSEBINA

VSEBINA.......................................................................................................................................1

1. GOSPODARJENJE Z ENERGIJO _____________________________________ 1

1.1 Splošno o energiji ...................................................................................................................2 1.1.1 Nakopičena energija.........................................................................................................2 1.1.2 Prehodne oblike energije..................................................................................................4 1.1.3 Drugi načini delitve energije............................................................................................4

1.1.3.1 Pogostnost uporabe ...................................................................................................4 1.1.3.2 Fizikalne lastnosti .....................................................................................................4 1.1.3.3 Obnovljivost..............................................................................................................4

1.1.4 Moč ..................................................................................................................................5

1.2 Rezerve primarnih virov energije............................................................................................6 1.2.1 Kratek zgodovinski pregled .............................................................................................6 1.2.2 Surova nafta .....................................................................................................................9 1.2.3 Zemeljski plin ................................................................................................................10 1.2.4 Premog ...........................................................................................................................10 1.2.5 Jedrska goriva ................................................................................................................10 1.2.6 Hidroenergija .................................................................................................................11 1.2.7 Sončna energija ..............................................................................................................12 1.2.8 Energija vetra .................................................................................................................12 1.2.9 Geotermalna energija .....................................................................................................12

1.3 Raba energije ........................................................................................................................13 1.3.1 Svet ................................................................................................................................13 1.3.2 Slovenija ........................................................................................................................16

1.4 Časovni potek rabe električne energije.................................................................................29 1.4.1 Krivulja obremenitve .....................................................................................................30 1.4.2 Faktor porabe in faktor istočasnosti ...............................................................................35

1.5 Tarife.....................................................................................................................................38 1.5.1 Pavšalna tarifa ................................................................................................................39 1.5.2 Števčna tarifa..................................................................................................................40 1.5.3 Kombinirana tarifa .........................................................................................................41 1.5.4 Stopnjevana tarifa ..........................................................................................................42 1.5.5 Pasovna tarifa.................................................................................................................42 1.5.6 Tarife s časovnimi omejitvami.......................................................................................43 1.5.7 Tarifa za navidezno moč (cosϕ - tarifa) .........................................................................43

ii Splošna energetika - Gospodarjenje z energijo

1.6 Napoved obremenitve........................................................................................................... 45 1.6.1 Statistika preteklosti ...................................................................................................... 45 1.6.2 Ekstrapolacija................................................................................................................ 46 1.6.3 Anketiranje.................................................................................................................... 46 1.6.4 Ekonomski kazalci ........................................................................................................ 46 1.6.5 Primerjava z ostalimi..................................................................................................... 46 1.6.6 Korelacijski modeli ....................................................................................................... 46 1.6.7 Primer napovedi urejenega diagrama obremenitve ....................................................... 47

1.6.7.1 O izbiri metode....................................................................................................... 47 1.6.7.2 Časovne vrste ......................................................................................................... 48

1.7 Smotrna raba energije.......................................................................................................... 54 1.7.1 Varčevanje..................................................................................................................... 54 1.7.2 Smotrna raba ................................................................................................................. 54 1.7.3 Industrija ....................................................................................................................... 55 1.7.4 Ogrevanje zgradb .......................................................................................................... 55 1.7.5 Uporaba kotlov.............................................................................................................. 56 1.7.6 Vračanje in izkoriščanje odpadne toplote ..................................................................... 57 1.7.7 Toplotne črpalke............................................................................................................ 57 1.7.8 Varčevanje električne energije ...................................................................................... 58 1.7.9 Omejevanje rabe električne energije ............................................................................. 58

Gospodarjenje z energijo Stran 1

1. GOSPODARJENJE Z ENERGIJO

Energija je lastnost, zastavljene naloge vztrajno izvrševati in uspešno zaključiti. Energija je sposobnost opraviti delo. Energije ni mogoče niti proizvesti niti uničiti: v času opravljanja dela samo spremeni svojo obliko.

Pred 175 leti se je beseda energija prvič pojavila v fiziki. Spočetka ni bila zelo pomembna. Izrek pri računanju v zvezi z gibanjem teles v mehaniki ni povedal nič več kot Newtonov zakon. Šele sredi prejšnjega stoletja so fiziki postopno spoznali energijski zakon, ki z energijo kot rdečo nitjo povezuje v celoto vse dele fizike. Zakon izraža spoznanje, ki pogosto velja tudi zunaj fizike: nekaj ni mogoče dobiti iz nič. Energija telesa se zmanjša, če telo odda delo ali toploto, in poveča, če delo ali toploto prejme.

Ljudje potrebujemo delo in toploto - ponavadi rečemo kar energijo - za življenje: dvigamo bremena, potujemo, talimo kovine, si svetimo, ogrevamo prostore ipd. Večino energijskih potreb krijemo s sežiganjem goriv - premoga, nafte, zemeljskega plina - ali z elektriko, ki nam jo pošiljajo elektrarne po žicah. V gorivih se je v zemeljski zgodovini nakopičila energija, ki jo dobiva Zemlja od Sonca. Sonce pa jo dobi z zlivanjem atomskih jeder vodika v jedra helija. V elektrarnah sežigajo gorivo ali izkoriščajo padec vode, za katere krožni tok skrbi Sonce.

Obstaja še druga možnost, ki ni tako neposredno povezana s Soncem. Jedrske elektrarne izkoriščajo toploto, ki se sprosti pri cepitvi jeder najtežjega naravnega elementa - urana.

Toda stvari so bolj zapletene. Zaloge goriva so omejene in dejavnosti, ki so povezane s pridobivanjem energije, škodujejo okolju. To velja od vsega začetka, a povzroča prve skrbi šele v zadnjem času zaradi vse večjih potreb po energiji. Če bi naraščale potrebe, kot naraščajo sedaj, bi izčrpali znane zaloge v kakih sto letih. Okolju škodujejo strupeni plini, ki nastajajo pri gorenju goriv. Ogljikov dioksid ni strupen, postaja pa nevaren preko pojava tople grede. Pri cepitvi uranovih jeder nastajajo radioaktivni izotopi. Ob nemotenem delovanju sicer ni težko poskbeti, da ne uidejo iz reaktorja, a lahko se primeri nesreča. Druga nevšečnost, ki spremlja jedrsko energijo, je odlaganje radioaktivnih odpadkov.

Energijskih potreb na eni strani in zahteve po varovanju zdravega okolja na drugi strani ni mogoče uskladiti z eno samo potezo. Potrebno bo vsestransko in dolgotrajno prizadevanje, ki bo vključevalo med drugim varčevanje z energijo, preusmeritev na dejavnosti, ki potrebujejo manj energije, uporabo boljših snovi, toplotne izolacije in boljših postopkov, na primer strojev z boljšim izkoristkom, vključevanje drugih energijskih virov, n.pr. sončne svetlobe in zemeljske toplote, in v ne tako bližnji prihodnosti zlivanje lahkih jeder.

Stran 2 Splošna energetika - Gospodarjenje z energijo

1.1 Splošno o energiji

Oskrba z energijo je eden izmed temeljev človekovega obstoja. To ni samo zadovoljevanje privatnih energetskih zahtev v gospodinjstvu, obrti in kmetijstvu, temveč tudi oskrbovanje industrije, prometa in javnih postrojev z energijo.

V preteklosti je bilo znak blagostanja in vzrok za vojne premoženje (hrana, zakladi, ...), danes je to prav gotovo energija (2. svetovna vojna, zalivska vojna), v bližnji prihodnosti bo verjetno informacija.

Energijo porabljamo v glavnem kot

− toplotno energijo (ogrevanje, kuhanje, proizvodnja) − mehansko energijo (stacionarni pogoni, pogoni v prometu, transport) − kemično energijo (procesna tehnika) − razsvetljavo.

Tem vrstam energije pravimo koristna energija. Končna energija je energija na vstopu v objekt porabe (električna energija na električni priključni omarici stanovanjske hiše, bencin na črpalki).

Največkrat energije, ki jo najdemo v naravi, ne moremo neposredno uporabljati. Praviloma moramo primarno, v naravi nakopičeno energijo (premog, energija vode), preoblikovati v neko vmesno, sekundarno obliko (električna energija na izhodnem transformatorju elektrarne; goriva, odpremljena iz rafinerije), ki jo je mogoče lažje ali bolj ekonomično uporabljati (transportirati). Z ozirom na splošno oskrbo z energijo lahko različne možnosti pretvorbe predstavimo s shemo na sliki 1.1.1.

Osnovne vrste energije lahko na grobo delimo na nakopičeno energijo in na prehodne oblike energije.

1.1.1 Nakopičena energija

Nakopičena energija je lahko

− potencialna energija − kinetična in − notranja energija.

Potencialna energija ali energija položaja je energija, ki jo ima telo zaradi svojega višjega položaja nad okolico:

W m g hp = ⋅ ⋅ [J] (1.1.1)

kjer je: − m - masa v kg − g - zemeljski pospešek 9,81 m/s2

− h - višina nad okolico

Kinetična energija ali energija gibajočega se telesa:

W m vk = 12

2⋅ [J] (1.1.2)

kjer je:

Splošno o energiji Stran 3

Splošna energetika, 1. zvezek

− m - masa v kg − v - hitrost v m/s

Ta energija je enaka delu, ki ga je potrebno vložiti, da se telo z maso m giblje s hitrostjo v. Številčna vrednost je odvisna od izbire koordinatnega sistema (običajno ga izberemo z ozirom na mirujočo površino zemlje).

Plin

Nafta

Premog

Les

Jedrska energija

Kemi~na energija

Lahki atomi

Uran Torij

Notranja kalori~na energija

Kemi~na energija

Razsvetljava

Mehanska energija

Toplotna energija

Elektri~na energija

Mehanska energija

Potencialna energija

Plima, oseka

Vodne sile

Kineti~na energija

Veter

Toplota morja

Vro~i izvori

Energija `ar~enja

Son~na energija

Koristna energija

Sekundarnaenergija

Primarna energija

Slika 1.1.1: Primarne, sekundarne in koristne oblike energije

Notranja energija. Potencialna in kinetična energija se lahko nakopičita ne samo v telesu kot celoti temveč tudi v najmanjših elementarnih delcih telesa. Tako se n.pr. molekule plina ves čas premikajo. Med njimi delujejo privlačne in odbojne sile. Z gibanjem molekul se ta potencialna energija spreminja v kinetično, s trki pa spet v potencialno energijo. Vsota vseh teh energij je konstantna. Tudi med atomi in znotraj atomskega jedra delujejo sile, ki se menjajo po velikosti s spremembo načina povezovanja atomov (molekulanih vezi). Posebej velike količine energije so nakopičene v atomskih jedrih. Vse te različne oblike energij imenujemo s skupnim imenovalcem notranja energija.


1.1.2 Prehodne oblike energije

To so:

− toplota − mehanska in − električna energija.

Toplota je energija, ki prehaja s telesa z višjo temperaturo na telo z nižjo temperaturo: z dimnih plinov na prenosni medij, s prenosnega medija na zrak itd. Pri tem se znižuje notranja energija toplejšega telesa in veča notranja energija hladnejšega telesa.

Mehanska energija se pojavlja kot prehodna energija pri pretvorbi na primer nakopičene potencialne energije v kinetično energijo: potencialna energija vode se pretvori v kinetično energijo vode, ki vrti turbino.

Električna energija se pretvarja v generatorju, ki je na isti gredi s turbino, iz mehanske energije v trenutku, ko jo potrebujemo.

Nakopičena energija lahko obstaja v določeni obliki večinoma poljubno dolgo, čas trajanja prehodnih oblik energije pa je kratek.

1.1.3 Drugi načini delitve energije

Vrste energije mnogokrat delimo še po različnih drugih kriterijih:

− pogostnosti uporabe − fizikalnih zakonitostih − obnovljivosti

1.1.3.1 Pogostnost uporabe

− Konvencionalne: les, premog, nafta, plin, voda, jedrska (uran, thorij), vroči izvori. − Nekonvencionalne: olja škriljavcev, veter, plima in oseka, toplota zemljine notranjosti,

toplota morij, fuzija.

1.1.3.2 Fizikalne lastnosti

− Kemična energija: les, premog, nafta, plin, olja škriljavcev − jedrska energija: cepitev (uran, thorij), zlitje (lahki atomi) − potencialna energija: vodne sile, plima in oseka − kinetična energija: veter − notranja kalorična en.: topli izvori, morje, zemljina notranjost − žarčenje: sončna energija

1.1.3.3 Obnovljivost

− obnovljivi viri: sončno sevanje, vodne sile, veter, plima in oseka, toplota morja − neobnovljivi viri: fosilna goriva, jedrska goriva, toplota zemlje

Splošno o energiji Stran 5


1.1.4 Moč

je definirana kot sprememba energije na enoto časa:

PdWdt

= [W] (1.1.3)

Lahko rečemo, da ustreza hitrosti pretvarjanja energije.

Enote za moč in energijo so različne v različnih merskih sistemih. Od leta 1978 je dovoljena le uporaba Joula oziroma Ws, ki pripada mednarodnemu sistemu enot (SI), poznamo (in uporabljamo) pa še kpm iz Tehničnega sistema in druge.

V tabelah 1.1.1 in 1.1.2 so podani medsebojni odnosi med nekaterimi enotami, ki jih največkrat uporabljamo.

Tabela 1.1.1: merske enote za energijo

Enota Simbol J kWh kpm kcal MeV tona ekv. premoga

joule - wattsekunda J 1 2,778⋅10-7 0,1020 2,388⋅10-4 6,25⋅1012 3,412⋅10-11

kilovatna ura kWh 3,6⋅106 1 3,671⋅105 859,8 2,25⋅1019 1,228⋅10-4

kilopondmeter kpm 9,807 2,742⋅10-6 1 2,342⋅10-3 6,129⋅1013 3,346⋅10-10

kilokalorija kcal 4,187⋅103 1,163⋅10-3 4,269⋅102 1 2,617⋅1016 1.429⋅10-7

mega el. volt MeV 1,6⋅10-13 4,444⋅10-20 1,632⋅10-14 3,821⋅10-17 1 5,459⋅10-24

tona ekv. premoga t 2,931⋅1010 8,142⋅103 2,989⋅109 7,00⋅106 1,832⋅1023 1

Kilovatna ura ne pripada nobenemu merskemu sistemu, saj ura ni osnovna enota v nobenem merskem sistemu. Kilokalorija je večkratnik osnovne enote, ki je nekoč bila vpeljana v termodinamiki.

V jedrski fiziki (in elektrotehniki) pogosto uporabljamo še eV ali njegov mnogokratnik MeV (1 eV je energija, ki je potrebna, da premaknemo osnovni naboj 1,6⋅10-19 As med točkama z napetostno razliko 1V).

Tabela 1.1.2: merske enote za moč

Enota Simbol W kW kpm/s KS kcal/h

watt W 1 0.001 0,102 1.3596⋅10-3 0.8598

kilowatt kW 1000 1 102 1,3596 859,8

kilopondmeter na sek. kpm/s 9,807 9,807⋅10-3 1 1,333⋅10-2 8,432

konjska moč KS 735,5 0,7355 75 1 632,4

kilokalorija na uro kcal/h 1,163 1,163⋅10-3 0,1186 1,581⋅10-3 1


1.2 Rezerve primarnih virov energije

1.2.1 Kratek zgodovinski pregled

Les je vsekakor najstarejša oblika energije, ki jo je človek uporabljal v prvi vrsti za pripravo hrane in ogrevanje. V prvi fazi razvoja razsvetljava ni imela velikega pomena; za prvo razsvetljavo so najverjetneje uporabili kar leseno bakljo.

Asfalt je prvo fosilno gorivo. Že Sumerci so (okoli 6000 pr.n.št.) uporabljali asfalt iz nahajališča blizu Ararata.

Kasneje so goriva uporabljali za proizvodnjo opeke in apna in nato za pridobivanje bakra in železa. Približno leta 3000 pr.n.št. zasledimo uporabo goriv za izdelavo glazur in emajla pri lončarskih izdelkih ter proizvodnji porcelana in stekla. Za razsvetljavo so uporabljali živalske in rastlinske maščobe.

Obdobje Babilonskega cesarstva (leta 2500 do 538 pr.n.št.) je prvo zgodovinsko obdobje uporabe fosilnih goriv. Takrat so namreč v veliki meri uporabljali asfalt in surovo nafto za proizvodnjo opeke (za zgradbe, mostove in pregrade) in apna. Izkopanine iz tega obdobja vsebujejo razen apna tudi asfalt.

Kolikor je znano so premog v tem obdobju (okoli 1100 pr.n.št.) uporabljali samo na Kitajskem, kjer so v tem času dosegli znaten tehnološki napredek. Za proizvodnjo kovin, papirja, sladkorja in smodnika so potrebovali gorivo, lesa pa niso imeli dovolj, zato so ga nadomestili s premogom in zemeljskim plinom. Obstajale so namreč vrtalne naprave za izkoriščanje plitkih nahajališč zemeljskega plina, ki so ga nato s pomočjo bambusovih cevi transportirali do porabnikov.

V tem času so Feničani izdelali prve voščene sveče.

Kljub uporabi fosilnih goriv je les ostal glavni izvor energije. Zato je bila poraba lesa zelo velika. Tako so n.pr. v Indiji popolnoma uničili gozdove in povzročili nastanek velikih puščav. V naslednjih stoletjih predstavljajo glavno gorivo živalski iztrebki, kar je povzročilo manjšo plodnost zemljišč. Podobno bi se verjetno dogajalo tudi na drugih področjih, če se ne bi pričelo upočasnjevanje, pa tudi stagnacija tehnološkega razvoja. To je bila posledica propada Babilonskega cesarstva, zmage Konfucijeve filozofije na Kitajskem in nastanka kast v Indiji. V Grčiji se je tehnološki razvoj ustavil v 4. stoletju pr.n.št.

Okoli leta 500 pr.n.št. se začenja dolgo obdobje industrijske stagnacije. Vendar se je ravno takrat začel razvoj abstraktnih idej, ki doseže vrhunec v moderni znanosti. Grki so namreč položili temelje industrijskemu razvoju, do katerega bo prišlo šele 2000 let kasneje.

V tem dolgem obdobju so neprestano naraščale potrebe po mehanski energiji. Rimljani so prvi izkoriščali vodno energijo (mlinsko kolo). To predstavlja, razen uporabe energije vetra za pogon ladjevja, edino mehansko energijo, ki jo v tem obdobju niso pridobili s pomočjo človeških ali živalskih mišic. Mehansko energijo so potrebovali za gradnjo hiš, obdelavo polj, za prevoz in obrt. Sužnji in živali so bili takrat edino sredstvo za zadovoljitev teh potreb. O številu prebivalcev v antičnih državah sicer ni podatkov, vendar je zanesljivo, da je bilo več sužnjev kakor svobodnih ljudi. Glavni plen v vojnah so bili takrat sužnji.

Na področju bližnjega vzhoda so Perzijci po letu 500 pr.n.št. opustili uporabo asfalta in apna ter začeli uporabljati nežgano opeko. Okoli leta 1000 so Arabci že izkoriščali vodno energijo in vetrnice, toda niso uporabljali fosilnih goriv čeprav so na tem področju že prej obstajala nahajališča surove nafte in asfalta.

Maji v Srednji Ameriki niso poznali kovin. Les je bil osnovni material in energetski vir. Toda, ko so izkoristili svoje gozdove je propadlo tudi njihovo cesarstvo.

Rezerve primarnih virov energije Stran 7


V Veliki Britaniji so uporabljali premog že pred prihodom Rimljanov. Zanimivo je, da so indijanska plemena v današnji Arizoni uporabljala premog že dvesto let pred prihodom Kolumba. V Veliki Britaniji in Evropi je bila uporaba premoga zaradi neznanja in predsodkov precej omejena. Kralj Edvard I (1306) je pod pretnjo smrtne kazni prepovedal ogrevanje s premogom z razlago, da so plini, ki nastajajo ob izgorevanju strupeni. Eno takšno smrtno kazen so tudi izvršili. Smrtno kazen so kasneje ukinili, toda predsodki so ostali. Prepoved kurjenja s premogom je ponekod ostala do 17. stoletja, priporočali so pa kurjenje z lesom. V Franciji so kaznovali kovače, ki so brez posebnega dovoljenja uporabljali premog.

Tehnologija je napredovala kljub temu. Leta 1587, ko so obglavili Marijo Stewart, so prvič uporabili koks za ogrevanje stanovanj, leta 1620 pa so izdali britanski patent št. 15 za postopek koksiranja premoga. Čeprav je več stoletij stagnirala, je začela uporaba goriv v tem obdobju naraščati. To ni bila samo posledica uporabe za kuhanje in ogrevanje, temveč tudi za proizvodnjo železa. Ta porast je zahteval nadomestilo lesa s premogom. Menjava energentov je bila na področjih z malim številom prebivalcev (Amerika) in na področjih brez industrije (večji del Evrope in Azija) skoraj neopazna. V Angliji in delu Francije so z odkritjem koksa, ki je nadomestil oglje, preprečili opustošenje teh področij. Premog in koks so začeli množično uporabljati šele v začetku 18. stoletja. Plin, ki so ga pridobili iz premoga so prvič uporabili na Irskem leta 1691, toda preteklo je še celo stoletje, preden je takšen plin dosegel komercialno vrednost.

Napredek pri izkoriščanju primarnih oblik energije so postopoma dosegali tudi na drugih področjih.

Leta 1627 so odkrili izvor surove nafte v ZDA (država New York). V Italiji (Modena) so dokončali naftno vrtino l. 1640. To nahajališče so izkoriščali približno 200 let. Leta 1803 so s petrolejem iz te vrtine razsvetlili ulice v Genovi in Parmi. V Romuniji so začeli nafto pridobivati l. 1650, V Galiciji pa l. 1750. S petrolejem iz Galicije so 70 let kasneje razsvetlili ulice v Pragi. Za začetek industrijskega izkoriščanja surove nafte štejemo l. 1859, ko so usposobili prvo večjo vrtino v Pennsylvaniji (ZDA).

L. 1694 so izdelali v Veliki Britaniji prvo tekoče gorivo iz oljnih skrilavcev, toda komercialna proizvodnja je stekla šele 120 let kasneje v Kanadi. Med leti 1850 in 1860 je bilo v ZDA kakšnih 50 obratov za predelavo oljnih skrilavcev, ki so jih uvažali iz Kanade. Z razvojem izkoriščanja surove nafte so te obrate opustili.

Cela stoletja so za razsvetljavo uporabljali lesene baklje, vosek ter rastlinske in živalske masti. Sredi 18. st. so za razsvetljavo izdelali olje iz kitove glave. Takšno olje so uporabljali za razsvetljavo skoraj celo stoletje, dokler ga niso izrinila tekoča fosilna goriva. Plamen iz teh goriv je bil precej nestabilen in neprijetnega vonja. Večjo spremembo zasledimo l. 1784, ko je Argand prvič uporabil stekleni valj. Naslednja večja izboljšava pri plinski razsvetljavi je izum plinske mrežice l. 1886 (Auer von Welsbach). Takšo mrežico so izdelovali iz tekstila in jo impregnirali s cezijem, torijem ali magnezijem.

L. 1760 Watt začne eksperimentirati s parnim strojem in l. 1790 uspe izdelati tehnično uporaben parni stroj, kar omogoči pretvorbo energije goriva v mehansko energijo. Ta dogodek je eden od mejnikov v zgodovini in predstavlja začetek industrijske revolucije. Ta izum namreč omogoča pretvorbo mehanske energije neodvisno od pojava primarne energije (energija vode) ter njene jakosti (vodni pretoki, hitrost vetra).

Razširitev uporabe parnega stroja je zahtevala povečano pridobivanje premoga, kar je spet omogočil prav parni stroj. Zanimivo je, da so za pogon prvih parnih strojev uporabljali les in oglje, uporabljali pa so jih v rudnikih premoga. Prvo parno lokomotivo so izdelali l. 1803 in so jo uporabljali za prevoz premoga.

Potrošnja premoga je skokovito naraščala. L. 1820 so v ZDA izkopali 300 ton premoga, 20 let kasneje pa več kot milijon ton.


Iz premoga so pridobivali tudi plin. L. 1812 je bila mreža plinske napeljave v Londonu dolga okoli 200 km, v glavnem za potrebe razsvetljave. V Londonu so iz premoga pridobili dnevno okoli 10.000 m3 plina, kar je zadostovalo za 75.000 plinskih svetilk.

V novejšem obdobju so zemeljski plin prvič uporabili v Fredoniji (država New York, ZDA) za ogrevanje stanovanj. Poraba je bila zelo mala. V večjem obsegu so začeli izkoriščati zemeljski plin šele 1884, ko so plin po 23 km dolgem plinovodu pripeljali v Pittsburgh. Uporabljali so ga za razsvetljavo, gretje in razne toplotne procese.

Parni stroj je bil dolgo edini način pretvorbe druge oblike energije v mehansko tam, kjer so to energijo potrebovali. Toda izkoriščanje te energije je bilo mogoče samo v neposredni bližini parnega stroja (jermenski prenosi, zobniki). To velja tudi za izkoriščanje vodne energije.

Šele z odkritjem električne energije, ki jo je mogoče enostavno in brez velikih naprav pretvoriti v mehansko energijo (elektromotor), je bilo mogoče energijo prenašati na večje razdalje. Vendar je razvoj bil zelo dolg. Že l. 1799 je Volta iznašel elektrokemični element, l. 1834 je Jacobi konstruiral prvi uporaben elektromotor, 1866 so izdelali električni generator (Siemens, Wheatstone) in l. 1879 prvo električno žarnico z nitko iz oglja (Edison). Toda šele z odkritjem trifazne napetosti in vrtilnega magnetnega polja (Tesla, 1887) nastopi enostavna možnost pretvorbe električne energije v mehansko. L. 1895 je Tesla zgradil prvo veliko HE na slapovih Niagare. L. 1891 je zabeležen prvi prenos električne energije na večjo razdaljo (elektrotehniška razstava v Frankfurtu).

Razvoj proizvodnje električne energije je bil pogojen s konstrukcijo vodnih in parnih turbin. Prva moderna vodna turbina je imela moč 45 kW (Fourneyron, 1837). Z izboljšanjem njene konstrukcije je nastala prva Francisova turbina (1847) kasneje pa še Peltonova (1878) za velike in Kaplanova turbina (1922) za male padce. Izkoriščanje kemične energije goriv v pravem pomenu je postalo mogoče šele, ko so parne turbine zamenjale parne stroje. Prvo enostopenjsko parno turbino so zgradili 1883 (Laval), prvo večstopenjsko pa 1884 (Parsons).

Odkritje parnega stroja je povzročilo razvoj železniškega omrežja, jadrnice pa so zamenjali parniki. Razvoj cestnega in zračnega prometa pa se je začel šele z odkritjem motorja z notranjim izgorevanjem. Prvi patentirani motor z notranjim izgorevanjem je bil dvotaktni plinski motor (Lenoir, 1860). Prvi štiritaktni motor, kot jih poznamo danes je l. 1877 sestavil Otto. Bencinski avtomobilski motor so iznašli 1883 in prvi motor s kompresijo čistega zraka v katerega se vbrizguje gorivo l. 1897 (Diesel). Reakciski motor so prvič izdelali l. 1939. To je v bistvu specialna izvedba plinske turbine, ki se je razvijala vzporedno s parno.

Kontrolirana cepitev uranovih jeder (Fermi, 1942) predstavlja začetek novega poglavja v razvoju energetike. L. 1954 so dali v pogon prvo eksperimentalno jedrsko elektrarno (Obinsk pri Moskvi). Istega leta je zaplula prva podmornica na jedrski pogon (“Nautilus”). Prva komercialna jedrska elektrarna je pričela delovati dve leti kasneje (Calder Hall, Velika Britanija).

Kadar se pogovarjamo o porabi in rezervah energije naletimo na tujko resursi (resources-viri) oziroma nosilci energije (Energieträger, energy carrier).

Nosilce energije lahko razdelimo grobo na fosilne in druge. Od njih je odvisno, kako bo svet bodočnosti moral uravnavati svoj razvoj, saj je proizvodnja in poraba energije bodoče družbe tesno povezana oziroma neposredno odvisna od nosilcev ali virov energije.



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1800 1900 2000 2100 Leta

Dele` (%)

Legenda: Zemeljski plin

Nafta

Premog

Voda, veter, les in odpadki

Jedrska energija - cepitev

Jedrska energija - zlitje

Son~na energija

Slika 1.2.1: Delež posameznih nosilcev energije v preteklosti in prihodnosti

1.2.2 Surova nafta

Po ocenah znašajo zaloge nafte vsega sveta 212⋅1012 ton. Od tega je potrjenih zalog 88⋅1012 ton, dosegljivih 135⋅109 ton, trenutna poraba pa je 3⋅109 ton. Ocene zalog, potrjene zaloge in poraba po posameznih področjih so navedene v tabeli 1.2.1.

Razmerja med ocenjenimi zalogami nafte, letno proizvodnjo in preostalimi zalogami se seveda naglo spreminjajo tako z leti, kakor tudi po področjih. Po ocenah strokovnjakov naj bi tako dosegljive nafte zmanjkalo v tridesetih do sedemdestih letih.

Tabela 1.2.1: Poraba in zaloge nafte (v milijardah ton)

Področje Poraba 1980

Potrjene zaloge

Domnevne zaloge

Severna Amerika 0,888 4421 24000

Srednja in južna Amerika 0,228 9787 12000

Zahodna Evropa 0,665 3133 10000

Afrika 0,064 7329 34000

Bližnji vzhod 0,091 49252 52000

Srednji in Dalj. vzhod, Avstralija 0,425 2627 12000

Vzhodna Evropa, SZ*, Kitajska 0,643 11803 64000

Antarktika - - 4000 * države na področju bivše SZ


1.2.3 Zemeljski plin

Zaloge zemeljskega plina sestavljajo le 4,8% vse razpoložljive energije. Ob današnji porabi 0,13⋅1012 ton naj bi razpoložljivih 2,6⋅109 ton (283⋅1012 m3) zadoščalo še za naslednjih 150 let. To je zgornja meja, saj je velik del teh rezerv le teoretičnih, torej nedostopnih.

1.2.4 Premog

Po nekajletnem zatišju zaradi nizke cene nafte pridobiva premog na veljavi. Razpoložljive zaloge (1012 ton) pomenijo pomemben energetski vir. Celotne zaloge strokovnjaki cenijo na 12⋅1012 ton, hkrati pa so na konferenci za svetovno energijo leta 1977 ocenili, da je v perspektivi razpoložljivih le 6 % teh zalog. Ob trenutni letni porabi 4,7⋅109 ton bi naj te zaloge zadoščale za 200 let.

Tabela 1.2.2: Svetovne zaloge premoga

Področje zaloge zadošča za

Evropa 192⋅109 t 160 letSeverna Amerika 229⋅109 t 330 let Sovjetska zveza 151⋅109 t 330 let Azija 130⋅109 t 330 let Afrika 19⋅109 t 330 let Južna Amerika 7⋅109 t 330 let

Premoga je v svetu torej še dovolj, problemi pa so z rudniki, saj so jih v dobi cenene nafte povsod opuščali kot nerentabilne. Posebni problem pomenijo pri tem tiste zaloge, ki jih ni mogoče izkoriščati po klasični poti in bo potrebno še počakati na nove tehnološke rešitve (uplinjanje, premogovodi, itd.)

1.2.5 Jedrska goriva

Na svetu obratuje 419 jedrskih elektrarn z inštalirano močjo 324 160 MW, iz katerih pridobijo okoli 17% vse električne energije.

Poglavitna surovina za pridobivanje jedrske energije je trenutno uran. Izkoristek, ki je razmerje med človeku koristno energijo ali delom in vloženo energijo ali delom, je tudi pri rabi jedrskih goriv zelo odvisen od uporabljene tehnologije. Danes porabi povprečni lahkovodni reaktor z močjo 1000 MW v svoji življenski dobi okoli 5000 t urana. Ob ponovni predelavi porabljenega goriva in izrabljanju neporabljenega urana, bi se ta količina lahko zmanjšala na 17 %. Po grobi oceni znašajo zaloge urana 4,45⋅106 t, kar pomeni v lahkovodnih reaktorjih skupno moč 800 GW.

Novi tehnološki ravoj je zato usmerjen v oplodne reaktorje, ki naj bi imeli po predvidevanjih 60 do 1000 krat boljši izkoristek. Pogledi in delo raziskovalcev pa so že uprti tudi v gorilne reaktorje s ciklom uran - torij ter v zlitje.



Tabela 1.2.3: Razporeditev ocenjenih zalog urana po svetu

Področje zaloge

Severna Amerika 71 %

Evropa 10 %

Oceanija 7 %

Ostali svet 12 %

SevernaAmerika

71%

Evropa10%

Oceanija7%

Ostalisvet12%

1.2.6 Hidroenergija

Hidroenergija je edini obnovljivi vir energije, pri kateri ekonomičnost energetskih naprav za (spremembo energije vode v električno) v preteklosti ni bila vprašljiva. Prav gotovo pa je v vseh razvitih deželah opazno stagniral razvoj teh naprav, saj so v teh deželah vsi enostavno ali ceneno izrabljivi hidroenergetski potenciali že izkoriščeni.

Tabela 1.2.4: Svetovni hidroenergetski potencial

Izkoriščene vodne kapacitete 315.147 MW 14⋅106 GWh/a

Neizkoriščene vodne kapacitete 1.912.000 MW 35⋅106 GWh/a

Kot je možno razbrati iz tabele 4, je skupna možna proizvodnja iz hidroenergije 9.700.274 GWh. Nadalje lahko izračunamo, da izkoriščamo trenutno na svetu le 13,9% razpoložljivega hidroenergetskega potenciala. Ta izračun moramo jemati s precejšnjo mero previdnosti, saj vsega potenciala tehnično ni možno izkoristiti. Prav tako je stanje izkoriščenosti različno porazdeljeno. Po ocenah naj bi v Evropi izkoriščali že 60% hidropotenciala, ta odstotek pa se bo zvišal celo na 80%, ko bodo izgrajene načrtovane kapacitete.

Drugod po svetu omogoča uvajanje nove tehnologije izrabo vodne energije daleč od odjema. Največji takšen hidroenergetski sistem, ki ga že gradijo in deloma obratuje, je Itaipu moči 12.600 MW. V Indoneziji gradijo na Sumatri kompleks Asakan, v Braziliji so dali leta 1988 v pogon sistem v Balbini z močjo 250 MW, v Kanadi nadaljujejo delo na dodatku objekta z močjo 1900 MW (k 5328 MW enoti LaGranda, ki je eden izmed štirih v 10282 MW kompleksu v Jamesovem zalivu). Ravno v kanadskem primeru pa je večja pozornost usmerjena na razširitev enosmerne visokonapetnostne povezave v pet-terminalski 1325 km dolg sistem napetosti ± 450 KV. Prvi svetovni sistem z več kakor dvema simultanima terminaloma bi naj bil v pogonu že septembra 1990. Podobne povezave načrtujejo v Novi Angliji, kjer bi naj 1500-2000 MW-na povezava s Kanadskim omrežjem oziroma z omenjenim enosmernim visokonapetostnim terminalom rešila probleme pomanjkanja konične moči.

Nasprotje tem projektom so mini “vaške” elektrarne, ki jih gradi LR Kitajska na vodah svojega namakalnega sistema (potrebna je naložba le za turbine in generator). Na ta način se izkoriščenost hidroenergetskih potencialov po svetu bliža zgornji meji.


1.2.7 Sončna energija

Gostota energije, ki jo seva sonce na Zemljo, je 1400 W/m2 pri srednji razdalji Zemlje od Sonca in pri vpadnem kotu 90°. Pri prehodu skozi atmosfero se del te energije pretvori v izgube, del pa reflektira v vesolje. Povprečna prepustnost zemeljske atmosfere je 0,34 in se spreminja z oblačnostjo, snežno odejo itd. Skupni dotok energije, ki prispe do površine je 920 W/m2. Zaradi rotacije in ukrivljenosti se energijski tok porazdeli po vsej površini in znaša v povprečju 230 W/m2.

V primerjavi z drugimi viri energije je žarčenje sonca energetski izvor majhne gostote. To je razlog, da ga je človeštvo v preteklosti le redko uporabljalo (soline, tople grede itd.), čeprav je povprečna letna energija, ki dospe na Zemljo, 109 TWh, kar je 20.000 krat več, kot je letna izraba vseh energetskih virov.

1.2.8 Energija vetra

Energijo vetra so v preteklosti dolgo uporabljali kot gonilno silo v pomorstvu in kot izvor energije v gospodinjstvih. Danes je uporaba vetra nepomembna, ker ima dve slabosti: malo gostoto energije in veliko spremembo jakosti.

Skupna moč vetra nad kopnim delom zemeljske površine znaša 75⋅1012 MW, vendar je od tega izkoristljiv le majhen del. Najstalnejši je veter nad Antarktiko vendar je proizvodnja električne energije zaradi velike razdalje prenosa do potrošniških središč povsem neekonomična.

1.2.9 Geotermalna energija

Počasno razpadanje radioaktivnih elementov v zemeljski površini je izvor največjega dela notranje toplotne energije Zemlje. Celotna energija je ocenjena na 1024 kWh. Širjenje toplote proti površini ima toplotni gradient 10 K/km do globine 100 km, dalje v notranjosti pa je ta manjši. Temperatura v središču je 4000 K, povprečna toplota, ki se s prevajanjem pojavlja dnevno na površini je 1,4 Wh/m2.

Za praktično uporabo pride danes v poštev le globina do 10 km (tehnologija izvrtin). Toplotna energija v tem pasu znaša 300⋅1018 kWh, od tega približno tretjina pod kopno površino. To je 6⋅106 krat večja količina energije, kot jo trenutno potrebuje človeštvo letno. Do nedavnega je tehološki razvoj dopuščal izkoriščanje le tistega dela geotermične energije, ki je prišla na površino kot vroča voda, kot naravni izvir ali pa kot posledica vrtanja.

Raba energije Stran 13


1.3 Raba energije

1.3.1 Svet

V času pred letom 1973 je energetika veljala za samo po sebi umevno gospodarsko infrastrukturo, ki po potrebah napaja gospodarstvo in njegov razvoj. Graditev velikih kompleksov težke industrije in elektroenergetskih gigantov, intenzivna motorizacija, elektrifikacija gospodinjstev in podobno so bili sinonim za gospodarski napredek ter dvig življenske ravni po vsem svetu. V Ameriki so naložbe v energetiko pomagale premagovati gospodarsko krizo v tridesetih letih in istočasno uvajati močan nadzor države nad gospodarstvom. V socialističnih državah sta gradnja težke industrije in elektrifikacija služili kot propagandno mobilizacijsko jedro za sodelovanje vsega ljudstva pri začetnih naporih za razvoj ali obnovo gospodarstev. Svečane otvoritve velikih objektov za pridobivanje ali odjem energije so bile desetletja prvovrstni propagandni dogodki za politike vseh barv in sistemov.

Odnos družbe do energetike sta označevala optimizem, da je energije v naravi za vedno dovolj, ter prepričanje, da sta zadostna dobava in pretvarjanje energije v uporabne oblike zgolj ozek tehnični problem, torej kvečjemu preizkusni kamen strokovne usposobljenosti energetikov.

Odjem energije v svetu je v takem vzdušju živahno in pospešeno rasel: v obdobju 1925-1973 povprečno letno 3,3%, v obdobju 1933-1973 letno 4,1%, ter v obdobju 1960-1973 kar 4,3% letno. V razvitih državah je odjem naraščal še hitreje: v EGS je v obdobju 1960-1973 odjem rasel v povprečju 5,1% letno.

Vsak izpad energije ima posledice za celotno gospodarstvo. V svetu izrazito razmejenih nacionalnih gospodarstev in nezanesljivih političnih odnosov je bilo popolnoma razumljivo, da je vsaka država težila k čim manjši energetski povezanosti z drugimi, se pravi k energetski neodvisnosti. Nafta je prva premagala nacionalne okope in postala svetovno razširjeno gorivo, ker je bila dolgo časa zelo poceni.

Nafta pa je leta 1973 posredno tudi povzročila, ali pa je bila vzvod za enega gospodarskih preobratov v novejši zgodovini. Čeprav svet od energetske krize dalje vse več trguje z drugimi nosilci energije (premog, zemeljski plin, elektrika) in ima vsak od teh pomembno vlogo na mednarodnem energetskem tržišču, je vpliv nafte na svetovno gospodarstvo še vedno navzoč. Ker cena nafte v precejšnji meri vpliva na cene vseh oblik energije, nam bo gibanje izvoznih cen nafte na sl. 1.3.1 z dvema izrazitima skokoma (1973-1975 in 1979-1981) in tretjim v začetku devetdesetih let v marsičem pojasnilo tudi dogajanja na celotnem energetskem prizorišču.

Za naftno krizo leta 1973 je iz današnje oddaljenosti značilno, da so njeni posredni učinki bistveno globlji in daljnosežnejši kot sama energetska vsebina krize (ukrotitev nekajmesečnih motenj preskrbe kapitalističnih gospodarstev zaradi blokade dobave surove nafte iz zalivskih arabskih držav). Takih in tudi neprijetnejših motenj se je svet prej in kasneje otresal precej lagodneje, predvsem pa z manjšim občutkom ogroženosti.

K obsegu reakcije so bistveno prispevale napetosti, ki jih je kopičil ekstenziven razvoj energetike s svojimi agresivnimi učinki na okolje in posredno na človekove življenske pogoje. Politični in ekonomski učinki naftne krize so v prvi fazi povzročili neposredno varčevanje z energijo, na račun gospodarske recesije in padca osebnega udobja. V kratkem času pa je tej reakciji sledila naslednja, mnogo bolj dolgoročna: prestrukturiranje rabe energije oziroma celotnega gospodarstva. Ker je bilo temeljno prestrukturiranje nujno, ni protislovno, da so ravno v tem času dobile polno moč in veljavo zahteve po čistem okolju, ki vsaj na videz energetsko stisko še poglabljajo.


0

5

10

15

20

25

30

35

1960 65 70 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91

nominalna cenacena v USD ('74)

cena nafte [USD/sod]

Slika 1.3.1: Gibanje cen surove nafte

V manj kot desetletju se je struktura industrije v razvitih državah bistveno spremenila: zmanjšali so delež tradicionalnih energetsko intenzivnih panog (železarstvo, pridobivanje aluminija, kemijska industrija, tekstilna industrija) tako, da so jih “odstopili” manj razvitemu svetu in t.i. socialističnim državam. Skokovito pa so naraščale dejavnosti, ki ne zahtevajo dosti energije: storitve, računalništvo, informatika, elektronika. Vzporedno z medpanožnim prestrukturiranjem so posodabljali tudi klasično industrijo. Izrazit primer je posodobitev proizvodnje vedno manjših in varčnejših avtomobilov!

Sprva navidez stihijski proces so kasneje krepko vodile vlade. Uravnavale so domače cene energije in krojile davčno politiko. K stroškom energije so postopoma prištevale vedno več stranskih stroškov energije. Davke so pretežno pobirale od velikih odjemalcev energije in jih usmerjale v razvoj mladih, energetsko varčnih gospodarskih panog.

Odjem energije v razvitem zahodnem svetu po letu 1973 narašča neprimerno počasneje kot prej. Na sl. 1.3.2 so prikazane rasti družbenega proizvoda in odjema primarne energije v državah OECD in EGS v opazovanem obdobju. Pred letom 1973 je odjem primarne energije povprečno naraščal za spoznanje hitreje kot družbeni proizvod, od takrat dalje pa nekajkrat počasneje, oziroma je v krajših obdobjih celo upadal. V primerjavi s prejšnjim obdobjem lahko govorimo o skoraj ničelni rasti odjema primarne energije.

Ostrino preusmeritve v energetsko varčnejši razvoj v posameznih državah lahko ocenimo na sl. 1.3.3. Krivulje za posamezno državo prikazujejo trajektorijo sprememb odjema primarne energije ob istočasnih spremembah družbenega proizvoda, od leta 1960 (začetek krivulje levo spodaj) do 1988. V nekaterih državah se je po letu 1973 ali 1981 odjem energije na prebivalca celo zmanjšal (ZDA, Danska), pri ostalih pa se je vsaj bistveno zmanjšala strmina naraščanja odjema energije z rastjo družbenega proizvoda.

Oblikoval se je nov globalni pogled na energijo, ki sloni na naslednjih izhodiščih:

− razvoj celotne družbe in gospodarstva ni neogibno pogojen z večanjem odjema energije;



− energetika je del družbe oziroma gospodarstva in njene realne možnosti soodvisno vplivajo na možnosti razvoja drugih panog;

− problemi smotrnega odjema energije so vsaj toliko pomembni kot problemi pridobivanja (prihranjena kilovatna ura je vredna vsaj toliko kot pridobljena kilovatna ura, večinoma celo precej več);

− energija ima visoko ceno, kot surovina zaradi omejene količine, pa tudi zaradi zahtevnih postopkov pretvarjanja v uporabno obliko;

− v stroške energije morajo biti vključeni vsi neposredni in posredni, takojšnji in naknadni stroški surovine, pridobivanja, preoblikovanja v uporabno obliko, prenosa, razdeljevanja in odjema, seveda pa tudi stroški zmanjševanja škodljivih stranskih učinkov v vseh teh fazah;

− vsi procesi v zvezi z energijo imajo široke stranske učinke, predvsem grobo škodujejo okolju, ki je tudi omejen in vedno bolj dragocen vir za človekov obstoj,

− torej je postal čim skromnejši odjem energije splošno pravilo.

Korenitost spremembe odnosa do energije najbolje ocenimo po tem, da je nekdaj uporabljano merilo za energetsko-gospodarski razvoj; absolutno količino letno uporabljene energije, povsem nadomestilo novo merilo; zmanjševanje specifične rabe energije, to je količine energije, uporabljene na enoto družbenega proizvoda.

Gibanje specifične rabe primarne energije v nekaterih razvitih državah vidimo na sliki 1.3.4.

V državah evropske dvanajsterice se je spefična raba energije v obdobju 1973 do 1988 zmanjšala za več kot 20%. Če upoštevamo, da so dogajanja v zvezi z energijo obremenjena z veliko vztrajnostjo, je tak razvoj skokovit. Skoraj gotovo bi ga v letu 1970 ne napovedal noben energetski jasnovidec . Plani razvoja dvanajsterice pa predvidevajo še nadaljnje zmanjševanje specifične rabe - za okroglih 30% v letih 1985 do 2010.

Kolikšne težve z dojemanjem novih razmer so imeli napovedovalci rabe energije na samem prizorišču teh dogajanj, lahko ocenimo iz sl. 1.3.2, ki prikazuje napovedi in dejanski potek rabe v ZR Nemčiji v tem obdobju. Prikaz je ironičen do zgrešenih napovedi v preteklosti. Povsem resno pa je dejstvo, da so v ZRN ob povečanju družbenega proizvoda za 36% od leta 1973 do 1989 ohranili skoraj enako rabo energije. Če je zadnja napoved (NAP '89) manj zgrešena od prejšnjih, bodo do leta 2010 ob majhnem zmanjšanju rabe energije povečali družbeni proizvod še za 50%.


PR

IMA

RN

A E

NER

GIJ

A

[

1000

PJ/

leto

]

6

8

10

12

14

16

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

NAP. '74NAP. '77

NAP. '81

NAP. '89

NAP. '84

DR

U@

BEN

I PR

OIZ

VOD

[mrd

USD

('85)

/leto

]

400

500

600

700

800

DRU@BENI PROIZVOD

PRIMARNA ENERGIJA

Slika 1.3.2: Napovedi in potek rabe energije v Nemčiji (brez vzhodnih pokrajin)

Napovedi gospodarske in politične integracije v Evropi posegajo tudi na področje energetike. Mednarodne povezave elektroenergetskih sistemov, skupna vlaganja v pridobivanje nafte v Severnem morju, graditev celinskih plinovodov in daljnovodov ter tvorba skupne strategije za nastopanje na svetovnem energetskem prizorišču so namenjeni zagotavljanju večje zanesljivosti pa tudi gospodarnejši oskrbi z energijo. Avtarkija v okviru nacionalnega energetskega gospodarstva, ki je bila pred desetletji cenjena kot znak gospodarske neodvisnosti in pogoj za politično suverenost, izgublja svoj pomen. Energija postaja blago mednarodne menjave, podvrženo ekonomskim presojam. Ranljivosti za izpade dobave energije zaradi globalnih političnih zapletov se razvita gospodarstva izogibajo tako, da si zagotavljajo dobavo iz različnih virov in s primernimi zalogami kritičnih goriv, n.pr. nafte.

Najnovejša dogajanja v vzhodni Evropi obetajo še eno zanimivo razsežnost energetskega tržišča. V naslednjih desetletjih lahko predvidevamo nove mednarodne energijske tokove, ko se bosta gospodarsko zbliževala evropski Vzhod in Zahod. Energija v osnovnih oblikah (nafta, plin), pa tudi pretvorjenih (električna) je najpomembnejše menjalno blago Vzhoda v trgovini z Zahodom, s katerimi bo plačeval storitve in opremo. Kljub nekaterim negotovostim sodelovanje v teh energijsko-gospodarskih tokovih je in ostane donosen posel.

1.3.2 Slovenija

Slovenija je v razvoju energetike delila usodo vseh t.i. socialističnih družb. V povojnih letih je razvoj energetike prispeval k celotnemu gospodarskemu in družbenem razvoju. Ekstenzivnost je bila nekako neizogibna, v enako uglašenem svetovnem orkestru pa niti ni izstopala. neodzivnost socialistične gospodarske ureditve na ekonomske pobude je začela kazati zobe po letu 1973.

Prve naftne krize kot prijatelji arabskih držav nismo občutili tako kot Zahod, saj naftne blokade nismo doživeli. Lahko dosegljivi tuji krediti so omogočali konjukturo in ugodno rast družbenega proizvoda ter nas uspavali.



Ob drugi podražitvi nafte, leta 1979, ki nam je bolj prodrla v zavest kot prva, smo bili že globoko v razvojni krizi ter krizi zunanje in notranje prezadolženosti. Uspešnega programa prestrukturiranja ni bilo, pa tudi zunanji pogoji so se poslabšali: ni bilo več kapitala, vse večji je bil tudi pritisk energetsko intenzivnih panog, ki so se selile iz razvitega sveta. Dve daleč največji investiciji v zadnjem destletju sta bili v jeklarstvo in predelavo aluminija. Z izvozom na konvertibilna tržišča pa so gasile devizno žejo ravno energetsko intenzivne panoge, s katerih izdelki je bilo na videz najlaže prodreti na ta tržišča. Sprotni računi za energijo so se večali, plačevati pa jih je bilo zmeraj teže. Poskusi administrativnega omejevanja rabe energije v začetku osemdesetih let (bencinski boni, parni in neparni dnevi, redukcije električne energije) niso imeli pozitivnega materialnega učinka, ampak le negativni psihološki: strah pred energetsko stihijo.

0

50

100

150

200

250

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990

2

4

6

8

10

DR

. PR

OIZ

VOD

PRIM

AR

NA

EN

ERG

IJA

[100

0 PJ

/leto

]

[100

0mrd

USD

('85)

/leto

]

OECD

EGS (12)

DRU@BENI PROIZVOD

PRIMARNA ENERGIJA

Slika 1.3.3: Letna raba primarne energije in družbeni proizvod v državah EGS in OECD v obdobju 1960 - 1988

V vrtincih ekonomskih in socialnih problemov, ki so se kopičili, je energetika vlekla kratko. S subvencioniranjem cen in kopičnejem izgub je bila le začasno blažilo tegob drugih panog. Samo energetsko gospodarstvo, nekoč paradna panoga, se je pogrezalo v ekonomske in socialne probleme, kjer je racionalno ukrepanje postajalo vedno težje. Gibanje indikatorjev naše rabe energije v obdobju 1960-1988 je prikazano na slikah 1.3.6, 1.3.7 in 1.3.8. Primerjava s slikami 1.3.3, 1.3.4 in 1.3.5 nam pokaže, da je bil razvoj energetske intenzivnosti ravno nasproten kot v razvitih državah (in tudi v večini revnih, ki imajo morda z nami primerljive tehnične in strukturne razvojne probleme)!


DP/prebivalca [USD('85)/leto]

Prim

arna

ene

rgija

/pre

biva

lca

[G

J/le

to]

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

Kanada ZDA

Norve{ kaFinska

OECD

Nem~ijaDanska

[ vica

JaponskaEGS

Italija

Avstrija

'88

'82

'79

'75

'73

1960

Slika 1.3.4: Spremembe letne rabe primarne energije in družbenega proizvoda na prebivalca v razvitih državah v obdobju 1960-1988

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

1960 65 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88

EGS (12)AvstrijaZRNItalijaJaponskaZDAV.BritanijaNorve{ ka

spec. raba [MJ/USD('85)]

Slika 1.3.5: Gibanje energetske intenzivnosti v razvitih državah v obdobju 1960-1988

Tako padanje energetske intenzivnosti v prvih letih po 1973 kot naraščanje v zadnjem desetletju sta pretežno posledica gibanja družbenega proizvoda, zelo malo pa posledica aktivnih premikov v odnosu do rabe energije. Do leta 1979 so se nadaljevali prejšnji trendi, po letu 1975 celo ugodnejši zaradi hitre rasti družbenega proizvoda, v osemdesetih letih pa smo bili v popolni razvojni blokadi. Neusmiljeni rezultat teh gibanj je dejstvo, da stroški za energijo, ki so sicer sami



po sebi primerljivi s stroški v razvitem svetu, predstavljajo mnogo večji delež v našem bistveno manjšem družbenem proizvodu.

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

1960 1965 1970 1975 1980 1985

Primarna energijaDru` beni proizvod

dru` beni proizvodprimarna energija

11

10

9

8

7

[ PJ/leto ] [ mrd USD('85)/leto ]

6

5

4

3

2

1

0

Slika 1.3.6: Letna raba primarne energije in družbeni proizvod v Sloveniji v obdobju 1960-1988

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Prim. en./preb.

[ GJ/leto ]

DP/preb. [ USD('85)/leto ]

Slovenija

[ panija

EGS(12)

Irska

Jugoslavija

Tur.Port.

Gr~ija

'88

'82

'79

'75

'73

'60

'88'87

'83'79,'75'73

'60

'60

'88

Slika 1.3.7: Spremembe letne rabe primarne energije in družbenega proizvoda na prebivalca v

Sloveniji, Jugoslaviji in nekaterih drugih državah v obdobju 1960-1988

Če bi v desetletju 1978-1988 raba primarne energije v Sloveniji ne naraščala, bi prihranili v tem obdobju okoli 226 PJ primarne energije, to pomeni ekvivalent 5,4 milijona ton surove nafte. Pri povprečni ceni v tem obdobju 26 USD('85)/sod, ki velja približno tudi za ekvivaletne količine naših drugih goriv, bi bil prihranek v denarju nekaj čez milijardo USD('85) oziroma okoli 1,3 milijarde današnjih USD. V tej številki niso upoštevani stroški predelave (elektrarne, rafinerije) in transporta energije do porabnikov!


10

15

20

25

30

35

1960 1965 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988

SlovenijaJugoslavijaEGS (12)[ panijaTur~ijaGr~ijaPortugalskaIrska

Spec. raba [ MJ/USD('85) ]

leta

Slika 1.3.8: Gibanje energetske intenzivnosti v Sloveniji, Jugoslaviji in nekaterih drugih državah v obdobju 1960-1988

Tabela 1.3.1: Oskrba s primarno energijo v svetu

energent / leto 1985 1990 1995 2000 2005

1. trdna goriva 2028 2215 2280 2542 2831

3. surova nafta 2889 3133 3341 3633 3962

2. zemeljski plin 1419 1672 1863 2195 2620

4. jedrska energija 386 517 550 586 616

5. vodna energija 175 189 223 267 324

6. geotermalna energija 20 25 31 41 51

7. biomasa 505 542 620 718 831

skupaj 7422 8295 8908 9986 11141

Poleg tega, da porabimo v Sloveniji preveč energije, je potratna tudi struktura rabe, predvsem z relativno velikim deležem električne energije v končni energiji - 21,76% v letu 1988. Ti deleži so bili za nekatere druge države: povprečje OECD 16,9%, EGS 15,6%, Avstrija 16,7%, Belgija 13,7%, Kanada 22,5%, Danska 16,2%, Finska 21,2%, Francija 17,2%, ZRN 16%, Italija 14,9%, Japonska 20,5%, Nizozemska 11,3%, Norveška 43,8% (99% električne energije pridobijo iz HE), Španija 17%, Švedska 28% (48% elektrike iz HE), Švica 19,6%, Velika Britanija 15,3% in ZDA 15,5%. Ker v Sloveniji samo 30% električne energije pridobimo iz hidroelektrarn, je proizvodnja



elektrike povezana z visokimi stroški pridobivanja in hudim onesnaževanjem okolja iz termoelektrarn.

JEDRSKAENERGIJA

6%

ZEMELJSKIPLIN20%

SUROVANAFTA

38%

BIOMASA7%

VODNAENERGIJA

2%

GEOTER-MALNA

ENERGIJA0%

TRDNAGORIVA

27%

Slika 1.3.9: Oskrba s primarno energijo v svetu

-200-175-150-125-100-75-50-250255075100125150175200

Norve{ ka

[ vedska

ZDA

[ vica

Danska

Japonska

Francija

V. Britanija

OECD (Evropa)

Italija

[ panija

Jugoslavija

Tur~ija

El.en./preb[GJ] prim.en./preb. [GJ] DP/preb. [1000 USD] prim.en./DP [MJ/USD]

[ MJ/USD('85) ]

Kanada

Finska

OECD

Nem~ija

Belgija

Avstrija

Slovenija

Nizozemska

EGS (12)

Irska

Gr~ija

Portugalska

35 30 2515 20 105[1000 USD('85)] ,[GJ/leto]

279402270250328203

400255075100125150175200

Slika 1.3.10: Primerjava kazalcev rabe energije med državami leta 1988


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

Vodna energija

Trda goriva

Teko~a goriva

Jedrska energija

[PJ]

Slika 1.3.11: Oskrba s primarno energijo po virih

0

20

40

60

80

100

120

140

1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

Oskrba s prim.en. GDP Elektri~na energija

indeks (1980 = 100)

Slika 1.3.12: Ekonomika primarne energije in električne energije



0

10

20

30

40

50

60

1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

Ostalo

Jedrska energija

Vodna energija

[PJ]

Slika 1.3.13: Proizvodnja energije po virih

Zalo

ge k

onve

ncio

naln

ih v

iror [

EJ]

0

100

200

300

400

500

600

Premog Plin Uran Surova nafta

0.1

550

5.237

Slika 1.3.14: Zaloge klasičnih virov energije


0

2

4

6

8

10

12

1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

Vodna energija

Jedrska energija

Ostala goriva

[PJ]

Slika 1.3.15: Proizvodnja električne energije po virih

1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 19900%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

Industrija Transport Ostalo

Slika 1.3.16: Odjem električne energije po sektorjih



Tabela 1.3.2: Ločitev porabnikov glede na potrebno končno energijo

porabnik toplota moč razsvetljava proc.topl. pog. gorivo

stanov. zgradbe x x x

javne zgradbe x x x mala obrt x x x industrija x x x x x promet x

V Mariboru smo v letu 1990 porabili 12,3⋅1015 J energije, od tega s fosilnimi gorivi proizvedeno 84,4% energije (7,8% s premogom, 55,3% s tekočimi gorivi, 21,5% s plinom in 0,2% z lesom in lesnimi odpadki), 15,2% porabe predstavlja električna energija.

V letu 1991 je poraba energije nekoliko upadla in to na 11,8⋅1015 J.

Iz fosilnih goriv je pridobljeno 84,5% energije (8,3% s premogom, 54,2% s tekočimi gorivi, 21,7% s plinom in 0,3% z lesom in lesnimi odpadki), 15,5% porabe predstavlja električna energija.

Podrobno analizo prikazuje tabela 1.3.3.

Tabela 1.3.3: Energija pridobljena iz različnih energentov v letih 1990 in 1991 v občinah Maribora

vrsta energenta poraba 1990 (TJ)

struktura 1990 (%)

poraba 1991 (TJ)

struktura 1991 (%)

električna energija 1874 15,2 1824 15,5

motorni bencin 2245 18,2 1920 16,3 plinsko olje 1846 15,0 1548 13,1 kurilno olje - EL 1774 14,4 1974 16,7 kurilno olje - mazut 948 7,7 960 8,1 tekoči naftni plin 323 2,6 112 0,9 zemeljski plin 2327 18,9 2449 20,8 rjavi premog 720 5,8 636 5,4 lignit 249 2,0 347 2,9 drva 14 0,1 18 0,2 lesni briketi 11 0,1 7 0,1

∑ 12331 100,0 11793 100,0

Naslednje slike in tabele prikazujejo porabo posameznih vrst energij po specifičnih skupinah porabnikov


Tabela 1.3.4: Poraba in plan porabe električne energije

vrsta odjema poraba 1990 (GWh)

poraba 1991 (GWh)

plan porabe 1992 (GWh)

odjem 1-35 kV 223,38 206,11 208,2

gospodinjski odjem 211,82 208,74 210,8

ostali odjem 85,36 91,87 92,8

∑ 520.56 506.72 511.8

Odjem 1-35 kV gospodinjski odjem ostali odjemOstali odjem -0.4 kV

-Dru` bene dejavnosti, obrt- (18.1%)

Gospodinjski odjem(41.2%)

Odjem 1-35kV- Gospodarstvo-

(40.7%)

Slika 1.3.17: Struktura porabe električne energije v letu 1991

odjem 1-35 kV gospodinjski odjem ostali odjem0

50

100

150

200

250

300

GW

h

odjem 1-35 kV gospodinjski odjem ostali odjem

poraba 1990 poraba 1991 plan porabe 1992

Slika 1.3.18: Poraba električne energije



Tabela 1.3.5: Poraba in plan porabe naftnih derivatov

naftni derivati poraba 1990 (ton)

poraba 1991 (ton)

plan porabe 1992 (ton)

motorni bencin 52.098 44.552 45.000

plinsko olje 43.238 36.245 37.500

kurilno olje - EL 42.534 47.328 47.000

kurilno olje - mazut 23.809 24.109 23.000

∑ 161.679 152.234 152.500

motorni bencin plinsko olje kurilno olje EL kurilno olje mazut0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

Ton

motorni bencin plinsko olje kurilno olje EL kurilno olje mazut

poraba 1990 poraba 1991 plan porabe 1992

Slika 1.3.19: Poraba naftnih derivatov

kurilno olje mazut

(industrija)15%kurilno olje EL

(kurilnice)31%

plinsko olje(promet)

25%

motorni bencin(promet)

30%

Slika 1.3.20: Struktura porabe naftnih derivatov po planu za leto 1992


Tabela 1.3.6: Poraba plina po vrstah plina

vrsta plina poraba 1990

poraba 1991

plan porabe 1992

tekoči naftni plin 7.019 2.430 2.513

zemeljski plin (000 m3) 68.231 71.882 79.015

mestni plin (000 m3) 42.534 47.328 47.000

kurilno olje - mazut 23.809 24.109 23.000

Industrija(70.4%)

Daljinskatoplota (17.1%)

Plinskekotlovnice(11.9%)

Mestni plin(0.6%)

Distributer:MARIBORSKA PLINARNA

Distributer: PETROL

Slika 1.3.21: Struktura porabe zemeljskega plina v Mariboru

21.50%

9.30%

25.80%

12.60%

30.90%

Ostala industrija

Tekstilna ind.

Komunala -{ iroka potro{ nja

Kemi~na ind.

Proiz. promet.sredstev

Slika 1.3.22: Struktura porabe zemeljskega plina v Mariboru

Časovni potek rabe električne energije Stran 29


1.4 Časovni potek rabe električne energije

Dobavitelj električne energije mora potrošniku zagotoviti dobavo električne energije ustrezne kvalitete upoštevajoč pri tem karakteristike porabniških naprav. Pri tem lahko dobavitelj določi neke pogoje, ki so elektroenergetske ali finančne narave. Te pogoje določi s pomočjo t.i. elektroenergetskega soglasja.

Pri definiciji kvalitete električne energije je potrebno razlikovati zahteve posameznih potrošnikov z ozirom na čas, prostor in zanesljivost dobave. Vedno je prisotno vprašanje ekonomske upravičenosti enake kvalitete energije vsem porabnikom.

Da zadostimo vsem tem zahtevam, moramo predvsem vedeti kakšne so potrebe: koliko energije potrebujemo, kdo jo potebuje in kakšen je časovni potek moči konzuma (porabe).

Na sliki 1.4.1 je prikazan porast proizvodnje električne energije v Sloveniji od 1918 do 1990.

100

1000

10000

1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

[GW

h]Pr

oizv

odnj

a el

ektr

i~ne

ene

rgije

leta

Slika 1.4.1: Porast proizvodnje električne energije v Sloveniji

V splošnem lahko strukturo rabe električne energije prikažemo tako:

− za termične porabnike, motorje in ostalo 90% − za razsvetljavo 10%


Tabela 1.4.1: Struktura porabe električne energije od leta 1959 do 1989

1959 1969 1973 1980 1989 veleodjem (industrija) 68% 61% 58% 47% 53% gospodinjstvo 20% 27% 28% 40% 35% ostalo (promet, kmetijstvo) 10% 12% 14% 13% 12%

Tabela 1.4.2: Struktura porabe električne energije v gospodinjstvih

tehnični aparati 49% razsvetljava 20% motorji, hladilniki 17% mali aparati 8% TV in radio 6%

Iz tabel 1.4.1 in 1.4.2 lahko povzamemo nekatere značilnosti določenih obdobij in njihovega vpliva na način življenja ter standard porabnikov.

Tako struktura kakor tudi velikost porabe se spreminjata z leti in v vsakem trenutku. Poznati moramo potek obremenitve, ki ga lahko za že zgrajeno območje porabnikov posnamemo z registrirnim instrumentom ali manj natančno z urnimi odčitki števcev.

1.4.1 Krivulja obremenitve

Krivulja obremenitve je diagram, ki ima na abscisni osi čas, na ordinati pa porabljeno moč (ali poenostavljeno urne odčitke energije). Na sliki 1.4.2 je dnevni diagram poteka urnih odčitkov energije, ki jo je prevzela distribucija iz visokonapetostnega (VN) omrežja v RTP Pekre 1981. Ploskev pod krivuljo predstavlja energijo, porabljeno ves dan. Če nadaljujemo z opazovanjem ves teden, vidimo, da se krivulja ne ponovi, ima pa vsak dan podoben potek (slika 1.4.3). Izrazito je vidna razlika med delovnimi dnevi in soboto ter nedeljo. Poraba pa niha tudi v teku dneva - narašča nekako od pete ure dalje, ko se začnejo ljudje prebujati. Prvi vrh doseže poraba okoli osme ure, ko je hkrati priklopljena razsvetljava in porabniške naprave v industriji in obrti. Ob dopoldanski malici je ponor, vrh po malici pa ne doseže več jutranje porabe, saj razsvetljava običajno ni več potrebna. Ko se stroji ob 14h ustavijo poraba pade, nato nekoliko naraste zaradi priprave kosila in ponovno upade. Naslednji porast opazimo šele zvečer zaradi razsvetljave, televizije, gospodinjskih aparatov in tistega dela industrije, ki dela v dveh izmenah. Po enajsti uri zvečer začne upadati raven porabe industrije, ki dela neprekinjeno.



0

20000

40000

60000

80000

0 4 8 12 16 20 24

Sreda, 3. teden, december 1981 Sreda, 3. teden, julij 1981t [h]

P [MW]

Slika 1.4.2: Primer dnevnega diagrama za Pekre

Opazovano odjemno mesto pokriva zelo veliko površino in s tem tudi različne vrste porabnikov in porabniških naprav: industrijo, gospodinjstva, poljedelstvo, obrt, transport in javno razsvetljavo. Drugačno (časovno premaknjeno) in nižjo bi dobili krivuljo obremenitve za Pekre poleti (slika 1.4.2, spodnja krivulja). Večkrat, posebej v zadnjem času pa se zgodi, da je poraba največja v nedeljo dopoldne (pralni stroji, likanje - slika). Drugačno sliko dobimo za posamezne odjemalce (Kidričevo, Ruše).

0

20000

40000

60000

80000

0 24 48 72 96 120 144 168

3. teden, december 1981 3. teden, julij 1981t [h]

P [MW]

Slika 1.4.3: Primer tedenskega diagrama obremenitve


Priklop porabniške naprave je svobodna volja odjemalca, slučajna spremenljivka, zato porabe tudi ne moremo matematično obdelati. Kadar obravnavamo daljše časovno obdobje, si pomagamo s krivuljami obremenitev karakterističnih dni: delavnik, sobota, nedelja; poleti, spomladi, jeseni, pozimi. V našem elektrogospodarstvu je že leta (ne glede na trenutno organiziranost) dogovorjeno, da je tipičen predstavnik prva sreda po 15. v mesecu (tretja sreda, ker je takrat najmanj praznikov).

Iz dnevnih diagramov vidimo, da se obremenitev časovno zelo spreminja. Ne glede na letni čas opazimo v vseh krivuljah obremenitve dve območji nizkih obremenitev in dve območji visokih obremenitev. Nizke nastopajo ponoči (od 22h do 6h) in popoldne. Če nismo preveč netančni imamo obdobje visoke obremenitve dopoldne od 6h do 14h in drugo obdobje zvečer. V diagramu obremenitve imajo visoke obremenitve obliko konice. Torej lahko rečemo, da imamo dopoldansko in popoldansko konico (obremenitve). Iz krivulj obremenitve ugotovimo celoten odjem v kWh, če izračunamo integral:

W P dt = ⋅∫ (1.4.1)

Krivulja obremenitve ne sledi nobeni enačbi in je računsko ne moremo obravnavati. Lahko pa obravnavamo krivuljo grafično. Krivuljo najprej uredimo po velikosti obremenitev (slika 1.4.4a). Krivulja obremenitve na sliki 1.4.4a je takšna, kot smo jo posneli na odjemnem mestu. Iz slike 1.4.4a s preurejanjem dobimo sliko 1.4.4b, ki ji pravimo krivulja trajanja obremenitve ali urejeni diagram obremenitve.

a aba

t t TT

P1

PP

b c b+ c

ed d+ e

t1

Slika 1.4.4: a) Krivulja obremenitve b) Krivulja trajanja obremenitve

Na sliki 1.4.4a je krivulja enega dne - dnevna krivulja. Zaključena celota je teden - pet delovnih dni, sobota in nedelja. Kot osnova za obravnavo je teden primeren tudi, ker je še dovolj kratek, tako da se posebnosti ne zabrišejo. Pogosto naletimo še na mesečne urejene diagrame in v letnih poročilih še na letne.

Oglejmo si še letno krivuljo trajanja obremenitve. Vidimo, da lahko obremenitve razdelimo na tri vrste:

− osnovna obremenitev traja ves čas. Če imamo opraviti z letnimi krivuljami je skupni čas 8760 ur (pri mesečnih 730, tedenskih 168 in dnevnih 24 ur). Za to obremenitev je značilno, da je majhna, toda traja ves čas. Po obliki je podobna pravokotniku, zato govorimo včasih o obremenitvi v pravokotniku.

− srednja obremenitev obsega največji del celotne ploskve. Značilne so velike moči in dolgi časi. Srednja obremenitev ima obliko trapeza, zato govorimo o obremenitvi v trapezu.



− konica zajema obremenitve, ki trajajo zelo kratek čas, imajo pa zelo veliko moč. Ploskev (energija) je relativno majhna. Konica ima obliko trikotnika, govorimo o obremenitvi v trikotniku.

Grobo poenostavljeno razdelimo obremenitev na pravokotnik, trapez in trikotnik. Iz slike 1.4.5a vidimo, da nastane trapez iz obremenitve, ki močno variira, zato pogosto uporabljamo za to obremenitev izraz variabilna obremenitev.

P

8760 h

A

t0

B

CSREDNJA OBREMENITEV

OSNOVNA OBREMENITEV

KONICA

Slika 1.4.5: Vrste obremenitev

Z naraščanjem kunzuma postaja osnovna obremenitev vedno večja, srednja obremenitev in konica pa se relativno manjšata.

V preteklosti so poskušali krivuljo trajanja obremenitev matematično predstaviti z dvema poševnima premicama (za srednjo obremenitev in konico: H. Požar: Leistung und Energie, Springer, Wien 1963, slika 1.4.6) Danes v času računalnikov, lahko v izračunih uporabljamo vse odčitke. Večkrat so urni odčitki preveč natančni in aproksimiramo krivuljo s končnim številom povprečnih obremenitev, običajno tri do šest (slika 1.4.7)

Časovne meje povprečnih obremenitev imajo naslednje vrednosti:

letni diagram

(ur)

tedenski diagram

(ur)

relativna vrednost

t1 200 4 0,023 t2 800 15 0,091 t3 2000 40 0,228 t4 4000 80 0,456 t5 6000 120 0,685 t6 8760 168 1,000

Višino tretje povprečne obremenitve lahko n.pr. izračunamo z izrazom:

P dt

t tt

t⋅

−

∫3

4

4 3 (1.4.2)


P

8760 ht0

Slika 1.4.6: Predstavitev krivulje trajanja obremenitve z dvema poševnima premicama

t1 t2 t3 t4 t6t5

P

Slika 1.4.7: Približek urejenemu diagramu obremenitve s šestimi pravokotniki

Pri tedenskem diagramu predstavlja prvi stolpec 4 urno obremenitev, kar je več kot največja dnevna obremenitev za delavnike.

Slika 1.4.7 pove z gledišča obratovanja naprav zelo veliko. Iz nje vidimo, da stroji, ki krijejo osnovno obremenitev, obratujejo zelo dolgo, nasprotno pa tečejo stroji za kritje konice samo kratek čas. Stroji, ki imajo velike obratovalne čase morajo imeti dobre izkoristke, pri strojih s krajšimi obratovalnimi časi izkoristek ni tako pomemben.

Krivuljo trajanja obremenitev je mogoče preoblikovati še drugače. Površina pod krivuljo je enaka porabljeni energiji v celotnem opazovanem obdobju. Enako količino energije bi lahko porabili tudi tako, da bi obratovali z največjo (konično) močjo krajši čas (slika 1.4.8).



P

Pm

tTo

Slika 1.4.8: Modificiran prikaz krivulje trajanja obremenitve (obratovalne ure)

P dt P Tm o⋅ = ⋅∫ (1.4.3)

To imenujemo obratovalne ure (letne, mesečne, tedenske, dnevne) in nam povedo v kolikem času bi porabili enako količino energije ob največji moči.

Večkrat je zanimiv podatek tudi razmerje med dejansko porabljeno energijo in energijo, ki bi jo porabili, če bi ves čas obratovali z maksimalno močjo.

mP dt

P Tm o=

⋅

⋅∫ (1.4.4)

Razmerje m imenujemo faktor obremenitve in je vedno manjši od 1.

1.4.2 Faktor porabe in faktor istočasnosti

Faktor porabe je definiran z izrazom:

konica odjemalcapriklju~na mo~ odjemalca

vpr = (1.4.5)

Ppr - priključna moč je vsota vseh nazivnih moči. Faktor porabe je značilnost posameznega porabnika, določen statistično! (tabela 1.4.3)

bojler

pralni stroj

pomivalnik

razsvetljava

vti~nice

{tedilnik

Slika 1.4.9: Prikaz porabnikov za faktor porabe


Tabela 1.4.3: Faktor porabe in letne obratovalne ure za nekaj odjemalcev

Vrsta uporabnika faktor porabe

vpr

Letne obratovalne

ure Tk a) Razsvetljava

Stanovanja s priklj. močjo do 0,25 kVA 1 600–800 Stanovanja s priklj. močjo 0,25 do 0,50 kVA 0,7 400–600 Stanovanja s priklj. močjo nad 1 kVA 0,4 200–300 Trgovine s priklj. močjo nad 1 kVA 0,7 400–700 Trgovske hiše 0,47 600–1000 Uradi, banke 0,65 400–1000 Pisarne s priklj. močjo razsvetljave do 1 kVA 0,65 800 Tovarne 0,60 400–800 Šole 0,55–0,65 200–300 Gledališča, kinematografi 0,80–0,90 300–1500 Bolnišnice 0,40 600–800 Velike restavracije 0,60 1000–1800 Hoteli 0,40 1000–1500 Kolodvori (veliki) 0,80 400–4000 Reklamne naprave 1 500–1500 Javna rasvetljava do 22. ure 1 1460 Javna rasvetljava – celonočna 1 4400

b) Pogoni, razsvetljava in toplota Cementarne 0,70 5000 Gledališča 0,60 950 Električne visoke peči 1 5000–7000 Elektrokemija 0,90 3000–7000 Elektroindustrija 0,55 1450 Hoteli 0,40 3000 Hladilnice 0,90 3000 Mlini 0,5–0,7 3000–5000

c) Mali motorni pogoni

Trgovine 0,55 1150 Pivivarne 0,60 2650 Obdelava lesa 0,71–0,83 300–800 Velike restavracije 0,60 3000

d) Razno

Električna cestna vleka 0,2 2500–4000 Tovarne gnojil 0,40 4400 Poljedeljstvo 0,7–0,9 150–300

Za več odjemalcev določimo faktor istočasnosti po naslednjem izrazu:



gv

PPm

mii

= = ∑1

(1.4.6)

kjer je:

g - faktor istočasnosti Pm - konica rezultirajoče krivulje Pmi - konica posamezne krivulje

Algebrska vsota konične moči posameznih porabnikov je večja kot konična moč vseh porabnikov (slika 1.4.10).

Razdelilnatransformatorska

postajapriklju~naomaricastolpnice nadstropna

razvodnaomarica

Slika 1.4.10: Prikaz priključitve porabnikov

t

P

Pm

Pmi

Slika 1.4.11: Prikaz skupne in posameznih koničnih moči

Na splošno lahko rečemo, da faktor istočasnosti pada s standardom in povečano priključno močjo.


1.5 Tarife

Pri prodaji električne energije moramo pokriti stroške izgradnje in obratovanja elektroenergetskega sistema (stroške za surovine, preoblikovanje, elektrarne, transformatorske postaje, vode...). Teoretično mora vsak posamezni potrošnik poravnati stroške za lastno oskrbovanje. Praktično je to nemogoče in običajno zadošča, da poravnava stroške oskrbovanja na enak način skupina sličnih potrošnikov. Potrošniki so razdeljeni v skupine po načinu uporabe električne energije (industrija, podjetja, gospodinjstva), po množini uporabe in včasih od lege (mestno središče, podeželje).

Električno podjetje mora dobiti za prodano električno energijo povrnjene vsaj lastne stroške, naj bi pa imelo tudi dobiček. To je možno, če so naprave dobro izkoriščene in ima poraba čim boj izravnano krivuljo obremenitve. Zato skušajo podjetja s ceno vplivati na porabnike, da bi ti znižali konico.

Tarifa je shema, po kateri obračunavamo električno energijo.

Stroški za oskrbovanje z električno energijo imajo tri osnovne komponente:

1) delež za zmogljivost elektroenergetskega sistema (proizvodnja, prenos in razdeljevanje), ki je potrebna, da ponudba ustreza povpraševanju. Pokriti mora vloženi kapital (amortizacija in obresti) v naprave. Ta delež pokriva še ostale stalne stroške za obratovanje in vzdrževanje, administracijo, davke in ostale pavšalne stroške.

2) Delež zaradi povezave vsakega potrošnika s sistemom, da pokrije stroške priklopa in meritev. 3) Delež sorazmeren količini energije, ki pokriva stroške za gorivo, z energijo povezane stroške za

obratovanje in stroške za pokrivanje izgub v sistemu.

Deleža 1 in 2 imenujemo stalni stroški, tretji delež pa variabilni, obratovalni stroški.

Ostali faktorji, ki vplivajo na tarifo, so:

1) čas dneva in/ali leta, saj je zmogljivost naravnana na porabo v obdobjih konice in zahteva vsako povečanje porabe v tem obdobju povečanje zmogljivosti, med tem ko je povečanje porabe v drugih obdobjih zadovoljeno z razpoložljivo zmogljivostjo, saj naprave ne delujejo z največjo močjo.

2) Faktor moči, saj nizek faktor delavnosti zahteva dodatne zmogljivosti in pozroča višje izgube. 3) Napetost porabnika, saj kolikor je ta nižja, toliko več stopenj transformacije zahteva in toliko

večje so izgube. 4) Stalnost porabe, saj garancija za stalnost omogoča elektriškemu podjetju oskrbo z dodatnim

stalnim virom. Nekateri porabniki lahko, po prejšnjem dogovoru, znižajo porabo ali se celo odklopijo v obdobjih koničnih obremenitev, kar odpravi nujnost povečanja zmogljivosti.

Za obračunavanje električne energije obstajajo najrazličnejše tarife, ki v osnovi odsevajo stalne in spremenljive stroške, lahko pa so prilagojene še nekaterim prej naštetim vplivnim faktorjem.Oblikovane morajo biti tako, da so izpolnjene naslednje zahteve:

− stroškom prilagojena cena − majhni stroški za meritve in obračun − za potrošnika pregledno zaračunavanje in obračun − vzpodbuda za boljše izkoriščanje naprav.

Tarife Stran 39


cena

delo [kWh/leto]

[tolarji/kWh]

specifi~ni proizvodni stro{ ki

stalni stro{ ki

proporcionalni stro{ ki

Slika 1.5.1: Specifični proizvodni stroški

Najvažnejše tarife so opisane v naslednjih poglavjih.

1.5.1 Pavšalna tarifa

Pri pavšalni tarifi je osnova za obračun priključna moč odjemalca. Mesečno plača odjemalec:

K Ppr = k1 ⋅ [SIT] (1.5.1)

stroški so torej konstantni, ne glede na velikost odjema električne energije.

Cena kilovatne ure je pri pavšalni tarifi:

kKW

KP Tpr odj

= =⋅

(1.5.2)

Todj je faktor izrabe odjemalca. Iz enačbe (1.5.2) takoj spoznamo, da ima odjemalec tem cenejšo kilovatno uro, čim večji je faktor izrabe odjemalca Todj. Če ima odjemalec visok faktor izrabe, je cena za kWh lahko nižja kakor proizvodni stroški.

cenaenergije

energija [J]

pav{ alna tarifakombinirana tarifa

{ tev~na tarifa

Slika 1.5.2: Cena električne energije v odvisnosti od porabljene energije

pri različnih načinih obračuna


mese~nistro{ ki

energija [J]

pav{ alna tarifa

kombinirana tarifa

{ tev~na tarifa

Slika 1.5.3: Mesečni stroški v odvisnosti od porabljene energije pri različnih načinih obračuna

Pavšalno tarifo uporabljamo predvsem pri vodnih elektrarnah z nizko inštalirano močjo. Proizvodni stroški takih elektrarn sestojijo predvsem iz trdnih stroškov, proporcionalni pa so zelo majhni. Karakteristika proizvodnih stroškov je v takem primeru precej podobna karakteriskiki pavšalne tarife na sliki 1.5.2. Karakteristike je možno med seboj prilagoditi, tako da tudi pri visokih Todj ne pridejo proizvodni stroški pod karakteristiko pavšalne tarife.

Pavšalna tarifa je zelo enostavna, posebej pa je enostaven obračun, saj ni odčitavanja števcev. Priključno moč ugotavljajo na ta način, da popišejo žarnice in aparate. Slaba stran je, da odjemalci pri tej tarifi ne varčujejo z energijo. Pogosto pride do višjega odjema kot je dogovorjeno, tako da danes povsod odpravljajo pavšalni odjem. Deloma se da previsok odjem omejiti z omejevalniki toka. Če preseže tok dopustno mejo, prične luč utripati in končno izklopi tok. Na ta način distributer nadzoruje odjem, in odpade vsako nadaljnje merjenje in nadzor.

1.5.2 Števčna tarifa

Pri porabniku je vgrajen števec, ki meri porabljeno električno energijo v kWh. Cena kilovatne ure je enotna, porabnik plačuje mesečno.

K W = k2 ⋅ [SIT] (1.5.3)

kjer je:

− k2 - cena kilovatne ure v SIT/kwh − W - mesečna poraba v kWh Če pregledamo krivuljo specifičnih stroškov za proizvedeno kWh (sl. 1.5.1), vidimo, da ima

krivulja cene kilovatne ure po števčni tarifi popolnoma drugačen potek. Prodajna cena je pri tej tarifi zelo slabo prilagojena proizvodnim stroškom. Pri majhnem odjemu dela proizvajalec z izgubo, pri velikem odjemu pa s pretirano velikim zaslužkom. Po tej tarifi bi bila energija za velikega potrošnika zelo draga. Čisto števčno tarifo uporabljamo dostikrat pri porabnikih, ki odjemajo malo energije. Ceno moramo določiti tako, da je nad povprečnimi proizvodnimi stroški. Veliki odjemalci se seveda ne bi odločili za to tarifo.

Tarife Stran 41


Pri tej tarifi je poraba v kWh popolnoma kontrolirana, potrebno pa je odčitavanje števcev in obračun. Ker ima ta vrsta odjemalcev majhen odjem, so stroški odčitavanja in obračuna razmeroma veliki.

1.5.3 Kombinirana tarifa

Kombinirana tarifa je kombinacija pavšalne in števčne tarife. Pri tej tarifi plačuje porabnik mesečno.

K P W = k k1 2⋅ + ⋅ [SIT] (1.5.4)

Člen k1⋅P je osnovni prispevek, ki ga tvorita obračunska moč P v kW in tarifna postavka k1 na enoto obračunske moči v SIT/kW. S členom k2⋅W obračunavamo porabljeno energijo; k2 je tarifna postavka v SIT/kWh, W je energija, ki jo odčitamo na števcu v kWh

Cena kilovatne ure po tej tarifi je:

kk P

Wk=

⋅+1

2 [SIT] (1.5.5)

Če vnesemo obe enačbi v diagrame (sl. 1.5.3), vidimo, da se krivulje zelo dobro prilegajo proizvodnim stroškom za električno energijo.

To tarifo pogosto uporabljajo, tako v svetu, kakor tudi pri nas.

Koeficienti k1 in k2 so tarifne postavke, W odčitamo na števcu. Obračunsko moč ugotavljamo na različne načine. Pri veleodjemu uporabljamo posebne števce, ki kažejo poleg dela W v kWh tudi moč P v kW. Merilni sistem je urejen tako, da pokaže maksimalno moč v merilnem obdobju. Normalno je to obdobje en mesec. Da ne bi na maksimalno moč vplivali sunki v obremenitvi registriramo 15 minutno povprečje maksimalne moči.

PP dt

mtt

=⋅

+∫ 15

15 [kW] (1.5.6)

To imenujemo mesečna konica. V posebnih primerih računamo tudi s srednjo letno konico. Srednja letna letna konica je povprečje treh najvišjih mesečnih konic v letu (vsota, deljena s 3).

Kombinirano tarifo uporabljamo zlasti v široki potrošnji (gospodinjstvu, kmetijstvu, splošnem odjemu in drugje). Za take odjemalce bi bil števec, ki kaže poleg dela še moč, veliko predrag. V takem primeru določimo P na tak način, da preštejemo prostore. Npr. prvi prostor obračunamo z enim tarifnim kilovatom, vsak nadalnji prostor pa z 0,5 tarifnega kilovata. Pri motorskih pogonih (npr. obrt) obračunamo največji motor s polno močjo, druge motorje pa z delnimi močmi - upoštevamo, da ne tečejo vsi motorji naenkrat in s polno močjo. Pri tarifah za kmetijstvo je pogosto osnova velikost pridelovalnih površin. Vzrok za tako nenavadno osnovo je v precejšnji meri podan s tem, da imajo kmečka posestva visok faktor porabe νpr, toda zelo nizek Todj. Zaradi visoke konice, ki nastopa ob mlatvi, moramo imeti močna podeželska omrežja, ki obratujejo sicer skoraj vse leto na prazno.

Za vse tri dosedaj opisane tarife je bilo značilno, da se posamezni členi v obračunskih enačbah (k1, Ppr, k2 in P) - potem, ko so bili določeni - ne spreminjajo. Tarifne postavke ostanejo nespremenjene, ne glede na velikost W.

Opazili smo, da pavšalna tarifa ni uporabna za večje porabnike, ker bo pavšal prevelik, pa tudi prodajalec se ne bo spustil v preveliko tveganje zaradi možnega visokega Todj. Čista števčna tarifa


je pri velikem odjemu za porabnika neugodna. Precej se prilagaja proizvodnim stroškom cena električne energije po kombinirani tarifi.

Da bi dosegli še večji odjem energije in boljšo izrabo naprav, so uvedli tarife z mejnimi pogoji, ki so vezani na velikost odjema moči, časa itd.

1.5.4 Stopnjevana tarifa

To je tarifa z omejitvijo, pri kateri so tarifne postavke podane z velikostjo odjema v kWh. Taka tarifa bi bila npr. takšna:

Tarifna postavka v SIT/kWh znaša pri mesečnem odjemu npr. kot je prikazano v tabeli 1.5.1.

Tabela 1.5.1: Tarifne postavke pri stopnjevani tarifi

odjem SIT/kWh (za vse kWh)

0 do 100 kWh 12 100 do 400 kWh 10

400 do 1000 kWh 8 > kot 1000 kWh 6

Torej plačamo pri odjemu 400 kWh

400⋅10 = 4000,00 SIT toda pri odjemu 500 kWh ravno tako 500⋅8 = 4000,00 SIT (glej sl. 1.5.4a in sl. 1.5.4b).

MESE^ NI ODJEM (kWh)

CEN

A E

NER

GIJ

E (S

IT/k

Wh)

0

5

10

0 100 400 1000


MES

E^N

I STR

O[K

I (SI

T)

0

5000

10000

0 100 400 1000

a) b)

Slika 1.5.4: Specifični (a) in mesečni (b) stroški energije pri stopnjevani tarifi

1.5.5 Pasovna tarifa

Pasovna tarifa je tarifa z omejitvijo, pri kateri so tarifne postavke razdeljene na odjemne pasove, tako da obračunavamo vsak pas posebej (tabela 1.5.2).

Tabela 1.5.2: Tarifne postavke pri pasovni tarifi

Tarife Stran 43


odjem SIT/kWh prvih 100 kWh 12 naslednjih 300 kWh 10 naslednjih 600 kWh 8 vse naslednje kWh 6

Pri odjemu 400 kWh plačamo: 100⋅12 + 300⋅10 = 4200,00 SIT

Pri odjemu 500 kWh plačamo: 100⋅12 + 300⋅10 100⋅8 = 5000,00 SIT


CEN

A E

NER

GIJ

E (S

IT/k

Wh)

0

5

10

0 100 400 1000


MES

E^N

I STR

O[K

I (SI

T)0

5000

10000

0 100 400 1000

a) b)

Slika 1.5.5: Specifični (a) in mesečni (b) stroški energije pri pasovni tarifi

1.5.6 Tarife s časovnimi omejitvami

Namen tarif s časovnimi omejitvami je, da poskusimo premakniti odjem iz časa visoke obremenitve, s tem izboljšamo faktor obremenitve m in faktor izrabe n. Pogosto se zgodi, da je v času nizke obremenitve minimalna moč termoelektrarn tako visoka, da morajo hidroelektrarne prelivati vodo. Po tej tarifi želimo izboljšati krivuljo obremenitve in damo v času nizke obremenitve odjemalcem energijo po nižji ceni. Potrebujemo poseben števec z dvema števčnikoma in stikalno uro. Stikalna ura preklopi merilni sistem števca na števčnik, ki ustreza tarifni stopnji. Pri tej tarifi se npr. obračunava energija po višji tarifni postavki od 6h do 13h in od 16h do 21h, po nižji tarifni postavki pa od 13h do 16h in od 21h do 6h ter vso nedeljo. Razen te dvojne tarife obstaja tudi trojna tarifa. Tretja tarifa lahko omejuje porabo npr. v času večernih konic, ali pa da odjemalcu na voljo posebno poceni energijo, če bi morale elektrarne vodo prelivati.

Za preklop tarife uporabljajo razen stikalnih ur tudi preklopne releje, ki jih krmilijo po omrežju s pomočjo impulzov na srednjem frekvenčnem področju. S tem omogočimo še bolj elastično obratovanje, ker lahko dispečer neposredno preklopi števce in ob viških energije tarife sprosti, ob pomanjkanju pa s preklopom na višjo tarifo prepreči previsoko porabo.

1.5.7 Tarifa za navidezno moč (cosϕ - tarifa)

Pri slabem cosϕ je navidezna moč nasproti delovni moči zelo velika in se s tem večajo izgube pri prenosu energije. Generatorji, transformatorji in vodi so dimenzionirani na navidezno moč, zato se pri slabem cosϕ pri isti navidezni moči zmanjša delovna moč naprav. Zato silijo proizvajalci energije odjemalce, naj zboljšajo delavnost svojih naprav. Določijo mejo, kolikšna naj bo delavnost in nato, če je delavnost slabša od predpisane meje, zaračunajo odjemalcu prekomerno porabljeno jalovo energijo. Če je pa delavnost boljša od predpisane meje, pripišejo neizrabljeno jalovo


energijo odjemalcu v dobro. Pogosto je osnova za obračun cosϕ = 0,85. Naše novejše tarife imajo osnovo za obračun cosϕ = 0,90 (oz. 0,95).

Cosϕ zajamejo v obračun na različne načine. Zelo enostaven je način pri kombinirani tarifi, ko za moč ne merimo delovne moči (kW), temveč navidezno moč (kVA). Pri isti delovni moči je pri boljšem cosϕ navidezna moč manjša in s tem je manjša tudi obračunska moč.

Pri nas je bolj v rabi merjenje z dvema števcema. Prvi števec meri delovno energijo (kWh), drugi pa jalovo energijo (kVAr). Če bi bila osnova cosϕ = 0,85, bi bila osnovna jalova energija:

WX = WR ⋅ tg ϕ (cosϕ = 0,85) (1.5.7)

Če je odčitek na jalovem števcu večji od Wx, odjemalec plača jalovo energijo, če je manjši, pa dobi bonifikacijo.

Napoved obremenitve Stran 45


1.6 Napoved obremenitve

Napoved potreb po električni energiji in moči je velikega pomena za načrtovanje elektroenergetskega sistema in vpliva na tehnično-ekonomske rešitve, na obseg investicij itd. Izredno pomembno je, da je cenena energija in zanesljiva oskrba na razpolago vsakomur, ki jo želi. Načrtovanje je lahko sposobnost prehiteti pričakovano obremenitev le nekaj minut, lahko pa je tudi optimizacijski program za zadovoljevanje pričakovanih potreb porabnikov za nekaj desetletij. Neuspešna napoved, prehitra ali prepozna, vodi k dobavi energije, ki je draga, nezanesljiva ali oboje. Načrtovalci morajo imeti na razpolago zanesljive podatke. Prepričati se moramo, da so podatki pravilno predstavljeni. Prenizka napoved pomeni izgubo prihodka, previsoka prevelika vlaganja in s tem tudi prevelike stroške.

Kratkoročna napoved je osnova za nabavo in nakup naprav ter opreme, za kar so potrebna 3 do 4 leta. V primeru prenizke napovedi se lahko zgodi, da elektrarna ni sposobna zadovoljiti vseh potreb. Če je že kratkoročna napoved napačna, mora biti previsoka.

Nasprotno moramo dolgoročno napoved sproti preverjati in usklajevati naprave s potrebami. Dolgoročna napoved ni osnova za takojšnje naročilo opreme, temveč za gospodarno načrtovanje sistema. Splošno mnenje je, de je gospodarstvo na trdnejših temeljih, če napoved ni previsoka. Dolgoročna napoved, če že napačna, naj bo prenizka.

Napoved je preprosto sistematičen postopek za kvantitativno določitev bodoče obremenitve. Gradnja novih objektov se začne 4 do 10 let pred začetkom obratovanja, za kar je potrebna srednjeročna napoved.

Metode prognoziranja lahko grobo delimo v analitične in modelne (korelacijske):

− analitične opazujejo porabo in ostala dogajanja v preteklosti ter tako dobljene časovne vrste preslikajo v bodočnost s pomočjo regresijske funkcije

− modelne so zasnovane na različnih kompleksnih energijskih modelih, ki upoštevajo gospodarske odvisnosti s pomočjo korelacij (scenariji).

1.6.1 Statistika preteklosti

V vsakem razširjajočem se sistemu je prvi približek napovedi za neposredno bodočnost ekstrapolacija neposredne pretekle rasti. Pretekla rast je lahko posledica izrednih okoliščin, npr. zelo mrzla zima ali postavitev velikih industrijskih objektov. Običajni način statistike, da zmanjša vpliv takšnih izrednih dogodkov, je opazovanje daljšega preteklega obdobja, vendar ne tako dolgega, da bi bili podatki nereprezentančni. Obdobje 5 do 6-tih let je najboljši kompromis. Ekstrapolacija pretekle rasti obremenitve je dovoljena le ob natančni analizi in dobrem razumevanju preteklosti.

Kjer je na razpolago dovolj statističnih podatkov, lahko analiza zajema:

− plačila za energijo za različne skupine porabnikov (gospodinjstva, kmetijstvo, industrija, trgovina)

− rast števila porabnikov v različnih skupinah in specifično porabo − rast obremenitve in njeno spreminjanje tekom dni, sezon ali let − razporeditev obremenitve po geografski legi, izvorih in podpostajah − vpliv vremena na porabo − izgube v sistemu


1.6.2 Ekstrapolacija

Iz statističnih podatkov za preteklo obdobje je možno takoj določiti začetno obremenitev ali rast za posamezno skupino porabnikov ali za celoto. Ekstrapolacija je v bistvu določitev poteka krivulj, ki opisujejo naraščanje porabe v preteklosti. Napoved dobimo s takšno krivuljo tako, da izračunamo vrednost funkcije v določenem bodočem trenutku. Zelo preprost postopek, ki daje uporabne rezultate. Takšen način imenujejo pogosto deterministična ekstrapolacija, saj ne upošteva slučajnih napak v podatkih ali analitičnem modelu. Poznanih je več standardnih modelov, najpogosteje pa uporabljamo naslednje funkcije:

− premica y=a+bx − parabola y=a+bx+cx2 − S krivulja y=a+bx+cx2+dx3 − eksponentna y=c⋅edx

− Gompartz ( )ya c dx=+1

ln e

Vsem modelom je skupno iskanje koeficientov in eksponentov z metodo najmanjših kvadratov.

O verjetnostnih ekstrapolacijah govorimo, če natančnost ekstrapoliranih rezultatov ovrednotimo s statističnimi merili, kot sta srednja vrednost in srednje kvadratično odstopanje. Nenatančnost je lahko posledica preteklih podatkov ali slabo izbranega analitičnega modela. Z regresijsko analizo dobimo najboljše parametre za opis naraščanja porabe.

1.6.3 Anketiranje

Za kontrolo napovedi porabe, ki sloni na statistiki in kot pomoč za zmanjševanje napake, je pomembno anketirati bodoče in možne porabnike. Predvsem so ankete pomembne pri velikih porabnikih, katerih pričakovano porabo prištejemo k splošni napovedi porabe.

1.6.4 Ekonomski kazalci

Prav tako je pomembno analizirati statistiko populacije, prihodek gospodinjstva, izdatke ter proizvodnjo in porabo nekaterih izdelkov, ki so povezani s povečano zahtevo po električni energiji. Obstajajo poskusi za povezovanje porabe električne energije z gospodarskim bruto produktom. Takšne korelacije se lahko z leti močno spreminjajo.

1.6.5 Primerjava z ostalimi

Kjer je manj podatkov o pretekli porabi energije (novozazidana območja) mora biti napoved zasnovana na anketah, demografski in ekonomski statistiki ter primerjana s pokrajinami, ki so na podobni razvojni stopnji.

1.6.6 Korelacijski modeli

Korelacijske napovedi povezujejo porabo s spremenljivimi demografskimi in gospodarskimi kazalci. Ta pristop ima to prednost, da prisili napovedovalca, da jasno spozna medsebojno povezanost med rastjo porabe in ostalimi merljivimi faktorji. najbolj neugodno je, da je potrebno napovedati demografske in gospodarske kazalce, kar je običajno težje kot napoved obremenitve. V



korelaciji uporabljamo faktorje, kot so populacija, zaposlenost, gradbena dovoljenja, zasičenje z aparati, gospodarska gibanja, podatki o vremenu itd.

Nobena napoved ni uspešna v vseh ozirih. Uporaba enostavnega določanja parametrov krivulj je lahko zelo dobra za določene tovarne in popolnoma neustrezna za druge.

1.6.7 Primer napovedi urejenega diagrama obremenitve

V tem poglavju je obdelana ena možnost določanja bodočih obremenitev v vozliščih visokonapetostnega omrežja. Urni odčitki obremenitev so grupirani v tedenske urejene diagrame, le-ti pa aproksimirani s šestimi pravokotniki. Tako dobljene obremenitve so preslikane v bodočnost na osnovi teorije o časovnih zaporedjih.

1.6.7.1 O izbiri metode

V industrijsko razvitem svetu mora imeti vsako področje jasno časovno opredeljeno bodočo porabo električne energije. Narava te porabe je po področjih različna in odvisna od mnogih vplivov, kar otežuje izvedbo tako kratkoročnih, kakor tudi dolgoročnih napovedi.

V svetu je znanih precej različnih metod za predvidevanje porabe električne energije. Še vedno namreč ne poznamo vseh faktorjev, ki vplivajo na razvoj porabe, najvplivnejši pa so: demografski razvoj, industrijski razvoj, tehnični napredek, porast standarda, novi načini uporabe električne energije itd.

Vse metode so zasnovane na analizah, ki zajamejo čim več podatkov iz preteklosti in iz sistemov, ki so na višji stopnji razvoja. Ob istočasni boljši ali slabši povezanosti porabe z ekonomskimi vplivi, je napoved po vseh metodah preslikava (ekstrapolacija) preteklosti v prihodnost.

Urejeni diagram obremenitve v elektroenergetiki splošno uporabljamo kot pristop za predstavitev pogojev obratovanja za neko časovno obdobje. Tako predstavimo obremenitev nekega sistema, področja, elektrarne itd. po padajočih vrednostih. Izračunamo ga iz urnih odčitkov za želeno časovno obdobje. Večkrat je ura preveč natančna delitev in aproksimiramo krivuljo z nekaj premicami ali s končnim številom povprečnih obremenitev, običajno tri do šest.

Za časovno obdobje za urejeni diagram je smiselno izbrati teden (slika 1.6.1), saj je to zaključen delovni cikel s petimi delovnimi dnevi in soboto ter nedeljo. Prednost v primerjavi z mesecem je, da je teden vedno enako dolg, in da je dovolj kratek, da se posebnosti ne zabrišejo v povprečju.


t1 t2 t3 t4 t6t5

P

Slika 1.6.1: Približek urejenemu diagramu tedenske obremenitve s šestimi pravokotniki

Če opazujemo tedensko porabo električne energije ugotovimo, da je krivulja v osnovi precej podobna sinusoidi (slika 1.6.2). Vidimo, da se nihanje z leti periodično ponavlja, hkrati pa narašča tudi amplituda.

30

50

70

90

110

0 1 2 3 4

P [MW]

leta

Slika 1.6.2: nihanje obremenitve v odvisnosti od časa

1.6.7.2 Časovne vrste

Včasih je mogoče izpeljati model na osnovi fizikalnih zakonov, ki nam omogočajo izračunati neko časovno odvisno veličino natančno ob vsakem trenutku. Takšen model je, kot pravimo, determinističen. Verjetno pa noben pojav ni povsem determinističen. V mnogih primerih je več neznanih vplivov, za katere ni mogoče natančno izračunati bodočih vrednosti, temveč le verjetnost, da bo vrednost v določenih mejah. Takšen model imenujemo verjetnostni ali stohastični model. Modeli časovnih vrst za napoved so stohastični modeli. Na tak način definirata vrste tudi G.E.P. Box in G.M. Jenkins.

Splošni avtoregresivni zbirni model drsečih povprečij npr. ARIMA model reda (p, d, q), lahko generiramo s pomočjo belega šuma in treh procesov, kot je to prikazano na sliki 1.6.3.



nestalnizbirni

proces

~asovna zaporedja

ϕ-1(B) Sdϑ(B)

ztwtetat

beli {um procesdrse~ihsredin

ustaljeniautoregresijski

proces

Slika 1.6.3: Blokovna shema za avtoregresivni zbirni model drsečih sredin

Naj bo at, at-1, at-2, ... zaporedje naključnih dogodkov neke določene porazdelitve, običajno normalne, s srednjo vrednostjo nič in sipanjem σa

2. Tako vrsto imenujemo beli šum.

B je operator pomika nazaj:

Bz z in Bz zt t-1 tm

t-m= = (1.6.1)

∇ je diferenčni operator in ga lahko izrazimo z B:

∇ = − = −z z z zt t t-1 t( )1 B (1.6.2)

Operator drsečih povprečij reda q je definiran kot:

ϑ ϑ ϑ ϑ( ) = 1B B B Bqq− − − −1 2

2 K (1.6.3)

Podaja nam odstopanja z-jev od srednje vrednosti kot linearno kombinacijo končnega števila q predhodnih a-jev:

z m z a a a at t t t t q t q− = = − − − −− − −~ ϑ ϑ ϑ1 1 2 2 K (1.6.4)

ali zapisano krajše:

~ ( )z B at t=ϑ (1.6.5)

Model vsebuje q+2 neznanih parametrov μ, ϑ1, ..., ϑq, σa2, ki jih v praksi ocenjujemo iz

podatkov.

Avtoregresijski operator reda p je definiran kot:

ϕ ϕ ϕ ϕ( ) = 1B B B Bpp− − − −1 2

2 K (1.6.6)

Podaja nam regresijo odstopanja z-jev od srednje vrednosti μ kot linearno kombinacijo predhodnih odstopanj plus slučajno napako at

~ ~ ~ ~z z z z at t t p t p p t= + + + +− − −ϕ ϕ ϕ ϕ1 1 2 2 K (1.6.7)

ali zapisano krajše:

ϕ ( )~B z at t= (1.6.8)

Model vsebuje p+2 neznanih parametrov μ, ϕ1, ϕ1, ... , ϕp, σa2, ki jih ocenjujemo iz podatkov.

Mnoge dejanske vrste so nestalne, pomeni, da ne nihajo okoli določene srednje vrednosti. Homogene nestalne pojave lahko opišemo z modelom, katerega d-te diference so stalne. V praksi je d enak 0, 1 ali največ 2.


Nestacionarni operator vsote je definaran kot

z S wtd

t= (1.6.9)

kjer je

Sw w w w wt t jj

t t t= = + + +−=

∞

− −∑0

1 2 K (1.6.10)

in

w z B z z ztd

td

t t t d= ∇ = − = − −( )1 (1.6.11)

Na osnovi teh definicij lahko postavimo splošni multiplikativni sezonski model za napoved urejenega diagrama obremenitve. Osnova sezonskih časovnih vrst s časovno dobo s je, da so si podobni dogodki, ki so s intervalov narazen. Pametno je razvrstiti podatke v tabelo, ki ima s vrstic, kakor je to narejeno za primer porabe električne energije v RTP Pekre (tabela 1.6.1).

Iz tabele takoj razberemo, da sta pomembna dva časovna intervala in ne le eden (teden in leto). Pričakujemo lahko, da je povezava med zaporednimi tedenskimi odčitki istega tedna v zaporednih letih. Podobnosti imamo torej med odčitki v istem stolpcu in med odčitki v isti vrstici. Poraba v drugem tednu v marcu (10-ti teden v letu) je povezana s porabo v 10-tem tednu v prejšnjih letih. Če označimo z zt porabo v 10-tem tednu, lahko povežemo to porabo s porabami v 10-tih tednih prejšnjih let z modelom oblike:

φ α( ) ( )B z BssD

ts

t∇ =Θ (1.6.12)

kjer je: s=51 (tednov v letu), ∇ = −ssB1 , φ ( )Bs in Θ ( )Bs sta polinoma z argumentom Bs

stopnje P oziroma Q.

Tabela 1.6.1: tedenska povprečna urna poraba (p=0,02) v RTP Pekre

Teden 1979 1980 1981 1982 1983 1 60.16 69.02 74.82 71.75 72.452 59.31 71.12 74.62 74.80 75.20 3 57.71 70.92 75.55 74.57 74.15 4 56.86 72.15 73.00 67.07 74.35 5 57.68 70.35 68.62 67.27 70.37 6 56.93 69.97 71.85 65.82 72.27 7 58.51 71.00 72.52 66.50 74.05 8 58.21 72.32 71.72 68.52 74.35 9 56.48 72.25 71.55 65.32 72.05

10 55.26 70.32 70.02 66.47 69.25 11 48.00 69.97 68.72 66.00 69.45 12 50.01 68.70 67.52 69.77 68.45 13 47.38 69.02 66.77 65.57 66.43 14 52.36 70.30 66.07 63.77 64.65 15 47.18 68.27 66.10 65.47 60.57 16 46.70 72.82 65.42 64.67 59.52 17 54.35 66.72 59.05 57.07 59.52 18 54.52 68.52 65.30 109.55 62.10 19 52.40 66.50 63.30 57.80 69.40 20 52.10 67.67 72.25 57.27 61.37 21 54.22 66.77 60.20 64.65 58.02 22 49.35 66.80 64.74 62.27 57.47



23 51.00 64.27 66.50 60.85 62.4224 50.40 61.12 59.02 61.30 60.42 25 48.47 61.37 58.65 61.15 60.02 26 50.07 57.12 56.50 58.87 56.62 27 51.67 61.77 55.72 58.05 56.87 28 51.10 61.42 55.02 55.87 54.65 29 49.42 58.30 51.30 53.37 54.10 30 47.97 61.02 53.17 53.87 55.07 31 51.67 52.87 54.20 53.60 56.35 32 53.30 50.07 56.00 55.95 55.67 33 56.10 52.40 57.52 55.52 62.07 34 61.45 50.65 60.62 58.62 58.15 35 58.65 64.05 61.47 63.10 59.45 36 59.15 63.40 62.17 63.77 60.27 37 61.12 61.85 63.50 64.27 60.90 38 63.60 61.50 62.82 64.72 60.57 39 63.25 61.60 64.27 66.22 63.12 40 65.17 55.12 63.50 68.42 66.70 41 63.45 65.62 68.05 70.02 68.49 42 75.20 68.50 69.67 69.72 72.57 43 67.27 68.92 84.81 71.20 69.73 44 66.17 71.92 76.51 70.42 69.96 45 67.50 71.80 75.29 69.57 71.18 46 67.67 68.62 73.95 70.17 73.72 47 65.35 69.57 71.15 71.37 73.96 48 71.85 74.95 70.72 72.02 72.09 49 69.25 77.02 71.70 73.07 73.72 50 69.35 74.74 75.17 74.40 74.23 51 67.72 71.70 74.77 67.57 71.32

Podobno lahko zapišemo model za povezavo devetega tedna z ustreznimi tedni v prejšnjih letih:

φ α( ) ( )B z BssD

ts

t∇ =− −1 1Θ (1.6.13)

in tako dalje za vseh 51 tednov v letu. Pametna predpostavka je, da sta parametra φ in Θ v teh tedenskih modelih približno enaka za vsak teden. Zato pa šum αt, αt-1, ... v teh modelih ni nepovezan. Odjem v 10-tem tednu leta 1982, je povezan z odjemom v 9., 8. itd. tednu leta 1983.

Pričakujemo torej, da bo αt povezan z αt-1, αt-2 itd. Za upoštevanje te povezave vpeljemo nov model:

ϕ α ϑ( ) ( )B B adt t∇ = (1.6.14)

ϕ(B) in ϑ(B) sta polinoma p-te in q-te stopnje, at je beli šum, ∇ pa 1-B. Z vstavitvijo enačbe (1.6.14) v (1.6.13) dobimo splošni multiplikativni model:

ϕ φ ϑp Ps d

sD

t q Qs

tB B z B B a( ) ( ) ( ) ( )∇ ∇ = Θ (1.6.15)

ki je reda (p, d, q)x(P, D, Q)s.

Za napoved urejenega obremenilnega diagrama se je izkazalo, da zadošča model reda (0, 1, 1)x(0, 1, 1)51:


∇∇ = − −51511 1z B B at t( ) ( )ϑ Θ (1.6.16)

Eksplicitni zapis takega modela je:

z z z z a a a at t t t t t t t− − + = − − +− − − − − −1 51 52 1 51 52ϑ ϑ ϑΘ Θ (1.6.17)

Bodočo porabo je sedaj najbolje izračunati iz diferenčne enačbe:

z z z z a a a at l t l t l t l t t l t l t l+ + − + − + − + + − + − + −= + − + − − +1 51 52 1 1 51 52ϑ ϑΘ Θ (1.6.18)

zt je poraba v tekočem tednu (zadnji znani odčitek), zt-1, zt-2, ... so odčitki preteklih tednov in jih uporabimo za izračun bodoče porabe za l=1, 2, 3, 4, 5, ... tednov naprej. Z rastočimi l-i zamenjujemo neznane z-je z napovedanimi vrednostmi, neznane vrednosti šuma pa z ničlami.

Na sliki 1.6.4 sta prikazani napoved in povprečna urna poraba v RTP Pekre. Parametri napovedi so določeni na podatkih od 01.01.1979 (prvi teden) do 28.03.1982 (stošestinšestdeseti teden), napoved pa je izračunana do 27.03.1983 (dvestoosemnajsti teden).

Na sliki 1.6.5 je primer napovedi do leta 1988 za vseh šest pravokotnikov, s katerimi je aproksimiran urejeni diagram obremenitve.

50

70

90

110

183 204

P[MW]

tedni

dejanska poraba

napoved

Slika 1.6.4: Primerjava napovedi z dejansko porabo v RTP Pekre



0

20

40

60

80

100

1. 80 1. 81 1. 82 1. 83 1. 84 1. 85 1. 86 1. 87 1. 88

P [MW]

Tedni

Slika 1.6.5: Napoved posameznih verjetnosti porabe


1.7 Smotrna raba energije

Pričakovanja, da bodo omejenost zalog fosilnih goriv nadomestile jedrske elektrarne, so se izjalovila zaradi problema varnosti. Alternativni viri kot so sonce, veter, biomasa, termalne vode itd. pa po realnih ocenah še ne bodo dali znatnih prispevkov k enegetskim bilancam. Zato kaže, da je največji novi vir energije vendarle varčevanje oziroma razumna raba.

1.7.1 Varčevanje

Splošno razumemo pod varčevanjem varovanje materialnih dobrin ali denarja. Varčevanje pomeni odlaganje ali omejevanje porabe za določen čas, ali da hranimo dobrine pred nekoristno ali manj koristno porabo.

Razlikujemo materialno in denarno, individualno in kolektivno, prostovoljno in prisilno varčevanje energije.

Čeprav vemo, da varčevanje ni lastno mnogim ljudem, lahko vendarle z usmerjenim delovanjem dosežemo velike učinke. Posebej je treba poudariti kontinuirane akcije, s kampanjskimi namreč ne dosežemo pravega učinka.

Propaganda varčevanja s pomočjo najrazličnejših javnih medijev obveščanja, kot so priložnostne publikacije, dnevno časopisje, plakati, letaki, radijske in televizijske oddaje, je ena od najvažnejših oblik osveščanja.

Z varčevanjem energije lahko zmanjšamo rabo, vendar pri tem prizadenemo svoj standard. Varčevanje pomeni odrekanje. V tem je tudi največji problem, saj se težko odpovemo stvarem, ki smo jih vajeni pa čeprav vemo, da so to razvade, ki so lahko tudi škodljive. Spreminjanje navad je dolg, težaven in mučen proces.

Načinov in primerov varčevanja je mnogo. Če npr. razsvetljavo v prostoru vklopimo nekaj minut kasneje, kot je to dejansko potrebno, če začnemo z ogrevanjem prostorov uro kasneje kot običajno ali prenehamo uro prej, potem prav gotovo varčujamo z energijo, so pa naše navade močno spremenjene.

Za uspešno in učinkovito varčevanje je prav gotovo potrebna določena disciplina - predvsem samodisciplina.

Pretirano varčevanje je lahko škodljivo. Če sedimo v hladnem protoru ali prostorov sploh ne ogrevamo, se bomo prehladili in zboleli. Če beremo pri preslabi osvetlitvi, si kvarimo vid itd. Varčevanje je potrebno, tudi nujno, vendar le v razumnih mejah. Od pretiranega varčevanja lahko imamo več škode kot koristi.

Ljudje oziroma narodi z bojšim standardom in višjo izobrazbo običajno boj varčujejo kot ostali, čeprav bi lahko pričakovali obratno.

1.7.2 Smotrna raba

Pod pojmom racionalna (razumska) raba razumemo izvedbo nekih dejanj in postopkov, ki so premišljena, razumna, v svojem bistvu pa varčna s časom, materialom in močjo. To pomeni izvedbo brez nepotrebnega večjega vlaganja katerekoli od potrebnih komponent, brez zastojev in ob najmanjših možnih izgubah.

Smotrna raba energije Stran 55


S temi ukrepi in postopki skušamo vzpostaviti optimalno razmerje med proizvodnimi sredstvi in delovnim kolektivom, privesti proizvodne stroške na minimum in doseči maksimalno proizvodnjo, ekonomičnost in rentabilnost poslovanja.

Razumska (racionalna) raba energije je vrsta ukrepov in postopkov, ki jih moramo uporabljati za nemoteno proizvodnjo ob zmanjšanju izgub vseh oblik energije na najmanjšo možno mero. Z drugimi besedami pomeni to poiskati ravno pravo mero porabe energije, da je načrtovana akcija izvedena optimalno, to je ob minimalnih izgubah energije in drugih dobrin.

Poudariti moramo, da lahko z razumsko rabo, brez odpovedovanja in težav, celo brez motenj svojih navad, dosežemo mnogo več kot z varčevanjem.

Pravi, največji možni efekti v zvezi z zmanjševanjem porabe energije na sploh, pa tudi električne energije, so dosegljivi z istočasnimi ukrepi razumske rabe in varčevanja.

Primeri potratne rabe energije:

− pustiti, da voda za čaj ali kavo dolgo vre − pozabiti izklopiti kuhalno ploščo − dolgo in počasno prezračevanje ohladi zidove − pretirana vožnja z avtomobilom − nepravočasen izklop rasvetljave...

1.7.3 Industrija

Po splošnih ocenah so možnosti prihranka energije v industriji do 25% - z uporabo sodobne tehnologije, ki bolje izkorišča energijo.

Ta prihranek sestavljajo:

− proizvodnja električne energije in toplote v enem procesu (toplarne, kogeneracija) - 25% − vračanje odpadne toplote s pomočjo raznih izmenjevalcev toplote (ekonomizerji,

regeneratorji, kotli na odpadno toploto) - 25% − povečanje izkoristkov elektromotorjev, razsvetljave, peči in elektrolitskih procesov - 10% − preostalih 40% prihranka se nanaša na sam proizvodni proces, ki je specifičen za vsako

tovarno. Pri tem moramo vedeti, da se v industrijski proizvodnji težko doseže posamezen velik uspeh pri

prihranku energije, tako da ne smemo podcenjevati posameznih malih prihrankov energije. Torej lahko dosežemo nek večji prihranek le, če upoštevamo racionalno obnašanje na vsakem koraku. Kot enostaven primer navedimo, da vsaka stopinja previsoke temperature pri ogrevanju prostorov pomeni od 5 do 6% večjo porabo goriva. Ukrepe za razumsko rabo energije v industriji izvajamo v več fazah. Najprej izvedemo ukrepe v samem obratovanju, torej takšne, za katere niso potrebne velike investicije. Ti ukrepi se nanašajo na boljšo organiziranost in boljše vzdrževanje. Druga faza so ukrepi, ki zahtevajo male investicije, ki se hitro amortizirajo. Tretja faza so investicije, ki zahtevajo večja sredstva in je čas amortizacije do 10 let. Četrta faza je trajno izvajanje ukrepov za racionalno rabo energije. To je najpomembnejša, saj prihranek ne more biti rezultat enkratne kampanje, po kateri gre potem spet vse po starem.

1.7.4 Ogrevanje zgradb

Pri ogrevanju zgradb prihranimo energijo predvsem na tri načine:

1. z zmanjšanjem toplotnih izgub same zgradbe (pravilna izolacija zidov, stropov in tal) 2. z izboljšanjem izkoristka naprav za gretje


3. z izogibanjem nepotrebni porabi toplote za gretje (vzdrževanje predpisanih temperatur v prostorih).

Zelo pomembna je regulacija ogrevanja, ko je možno predvsem v prehodnih obdobjih, ko imamo velika nihanja zunanje temperature, z dobro regulacijo doseči velike prihranke. Posebej pomembno je nižanje temperatur na dovoljeni minimum, ko so zgradbe prazne (ponoči, nedelje, prazniki).

Naštejmo nekaj ukrepov za prihranek energije pri zgradbah:

a) Ukrepi s krajšim časom amortizacije

− tesnitev oken, vrat, razpok… − izogibanje umetni ventilaciji in vgrajevanje odprtin za naravno ventilacijo − toplotna izolacija proti prostorom, ki jih ne ogrevamo − pregled toplotne izolacije in po potrebi popravilo le te − zmanjšanje izgub skozi okna pozimi (uporaba rolet ponoči) − zmanjšanje ventilacije poleti s tem, da damo na okna senčila b) Ukrepi z daljšim časom amortizacije

− gradnja vetrolovov pred vhodnimi vrati − izboljšanje toplotne izolacije − zmanjšanje okenskih površin ob kontroli svetlosti v prostoru − vgraditev oken z manjšo toplotno prepustnostjo − zmanjšanje višine prostorov na potrebni minimum − uporaba svetle barve na stenah prostorov, s čimer prihranimo pri energiji za razsvetljavo. Sedaj pa poglejmo, kako lahko prihranimo energijo s pravilnim segrevanjem delavnic v

industriji.

Industrijske delavnice najpogosteje ogrevajo s toplim zrakom, ki zapolnjuje celotni prostor. Stroški ogrevanja so odvisni od višine zgradbe in od izmenjave zraka (ventilacijske izgube). Z meritvami je možno ugotoviti, da je temperatura v ravnini delovnega mesta 19°C, medtem ko je lahko pod stropom temperatura 30°C in več. Za boljše izkoriščanje toplote pri ogrevanju imamo več možnih rešitev. Navedimo nekatere:

1. toploto pri stropu vračamo navzdol s pomočjo ventilatorjev. Tako zmanjšamo temperaturne razlike po višini prostora

2. vračanje toplote, ki jo spuščamo iz delavnice s pomočjo izmenjevalca toplote 3. čiščenje umazanega zraka in vračanje le tega nazaj v prostore; s tem prihranimo izgube, ki

bi nastale z izpuhom 4. v primeru malega števila delovnih mest v veliki delavnici uporabimo raje plinske infra

grelce, ki dajo občutek toplote 18°C. Grelce pa postavimo na mesta, kjer je ogrevanje resnično potrebno.

1.7.5 Uporaba kotlov

Kotli so najpomembnejše energetske toplotne naprave v industriji. Stopnja delovanja kotla se izraža z razmerjem pridobljene količine toplote in stroški goriva izraženega v toplotnih enotah. Ob upoštevanju, da predstavlja gorivo 80% cene toplote, vidimo, kako pomemben je vsak odstotek stopnje delovanja kotla. Na povečanje stopnje delovanja kotla vplivajo razni faktorji. Oglejmo si nekatere ukrepe za varčevanje energije pri parnih kotlih.

− stalna kontrola stopnje delovanja kotla in izločevanje zastarelih in neustreznih kotlov



− z meritvami dimnih plinov moramo ves čas kontrolirati izgorevanje v kotlu. Merimo sestavo dimnih plinov in njihovo temperaturo

− imeti moramo kvalitetno regulacijo, ki dobro sledi trenutnim obremenitvam kotla − ne smemo dovoliti, da se v kotlu na stenah pojavljajo obloge tako na vodni kot tudi na

gorilni strani kotla − graditev ekonomizerja, ki nam z dimnimi plini predgreva vodo − glede na to, da stopnja delovanja kotla pri malih obremenitvah pada, je bolje imeti več

manjših kotlov, ki se lažje prilagajajo spremembam obremenitev − ker so izgube pri zagonu kotla velike, je ugodno, če je delovanje stalno.

1.7.6 Vračanje in izkoriščanje odpadne toplote

V industriji je polovica energetskih izgub v obliki odpadne toplote v zraku in vodi. Po drugi strani pa ta odpadna toplota povzroča v okolju razne ekološke probleme. Zato ima vračanje in izkoriščanje odpadne toplote velik pomen.

Odpadne toplote delimo po temperaturi na skupine:

− visoka temperatura nad 650°C − srednja temperatura med 200 in 650°C − temperatura med 100 in 200°C − nizka temperatura pod 100°C Odpadne toplote visokih in srednjih temperatur je možno uporabljati za proizvodnjo procesne

pare, električne energije, za predgrevanje zraka itd. Največje količine odpadne toplote pa imajo nizke temperature pod 100°C. To je kondenz pare, ventilacijski zrak, hladilne vode ali odpadne vode industrijskega procesa. Najugodnejši primer je, če lahko odpadno toploto izkoristimo za izboljšanje delovanja v samem industrijskem procesu, kot npr. predgrevanje s pomočjo dimnih plinov.

Poznamo več načinov za izkoriščanje odpadne toplote:

− direktno izkoriščanje kot je sušenje, predgretje z dimnimi plini itd. − indirektno preko izmenjevalcev toplote, kjer se nek posredniški material najprej segreva,

nato pa oddaja toploto drugemu materialu − kaskadno izkoriščanje energije, kjer najprej izkoriščamo energijo višje kvalitete, nato pa

kaskadno energijo vedno nižje kvalitete.

1.7.7 Toplotne črpalke

Mnoge moderne energetske rešitve uporabljajo toplotno črpalko za varčevanje z energijo, čeprav stroški investicije niso majhni. Toplotna črpalka je naprava, ki prevzema toplotni tok pri nižji temperaturi in ga s pomočjo dovedene energije oddaja pri višji temperaturi. Toplotna črpalka je lahko tudi hladilna naprava. Sestavljena je iz štirih osnovnih delov: kompresorja, kondenzatorja, ekspanzijskega ventila in uparjalnika. Bistvo toplotne črpalke je, da odjema toploto nekemu mediju, dodaja še energijo vloženo od zunaj in segreva drug medij. Tako za 1 kWh vložene energije lahko pridobimo 3 kWh, kar pomeni, da je faktor moči pri toplotni črpalkah 3. Mediji, ki služijo za izvor toplote so lahko; zrak voda, zemlja itd.


1.7.8 Varčevanje električne energije

Pri električni energiji so možnosti varčevanja od 2 do 3 krat manjše kakor pri toploti. Splošno velja, da je v industriji možno prihraniti do 10% električne energije brez zmanjševanja produktivnosti. Poglejmo nekaj ukrepov za varčevanje in zmanjšanje stroškov električne energije:

− programiramo delovanje velikih porabnikov zaradi zmanjšanja konic − programiramo porabo zaradi optimalnega izkoriščanja električne energije po nižji tarifi − kompenziramo jalovo energijo − izločimo ustvarjanje jalove energije, ki nastaja s premalo obremenitvijo velikih

elektrmotorjev in podobnih naprav − izključimo porabnike, ki niso nujni − časovno omejimo delovanje določenih naprav na nujni minimum, kar posebej velja za

ventilacijo in klima naprave − izvajamo kvalitetno vzdrževanje vseh vrtečih se delov (mazanje), da zmanjšamo mehanske

izgube − organiziramo proizvodnjo tako, da je v celotnem procesu poraba električne energije

minimalna − merimo moč in porabo električne energije znotraj samih postrojev − prepovemo individualno ogrevanje prostorov z električnimi grelci − enofazne porabnike simetrično razporedimo po fazah − racionalno razporedimo priključke na posamezne transformatorske postaje, tako da

zmanjšamo razdalje in s tem izgube na mreži − zmanjšamo uporabo električnih (akumulatorskih) viličarjev in jih, kjer je le možno,

nadomestimo z dieselskimi − nadzorujemo, če se kabli segrevajo, ker vsako segrevanje pomeni dodatne izgube

Z razumsko rabo energije dosežemo tri osnovne cilje:

1. zmanjšujemo potrošene količine energije in na ta način zaviramo porabo zalog energije 2. zmanjšujemo stroške za porabljeno energijo in omogočamo povečanje ostanka dohodka 3. preprečujemo ali blažimo krizne situacije v preskrbi z energijo.

1.7.9 Omejevanje rabe električne energije

Redukcija pomeni splošno zmanjševanje, omejevanje porabe ali koriščenja nekih dobrin ali sredstev zaradi dogodkov, ki imajo različne razloge, vzroke in motive.

Redukcija porabe katerekoli oblike energije se občasno pojavlja od energetske krize 1973. leta v svetu in pri nas, zaradi pomanjkanja zadostnih količin energije

Redukcijo električne energije lahko povzroči:

1. pomanjkanje moči in 2. pomanjkanje energije.

Prvi primer nastopi v primeru okvare na nekih elektrarnah ali postrojih, ostale elektrarne pa niso zmožne pokriti potreb porabnikov.



Drugi primer nastopi v primeru nizke vode, pomanjkanja goriva v termoelektrarnah itd. (Pomanjkanje primarnih virov).

Redukcija je zelo neprijetna za porabnike, saj je običajno nasilna, je pa edini možni način, da preprečimo razpad elektroenergetskega sistema.

V času redukcije porabnik ne more kupiti poljubne količine energetskih virov temveč le določene količine: les, premog, plin v jeklenkah, benzin, olje itd.

Porabniki, ki se oskrbujejo preko mreže (plinovoda, električnega omrežja), morajo biti v teh posebno kritičnih energetskih situacijah določen krajši ali daljši čas odklopljeni od mreže in v tem času ne morejo zadostiti niti najnujnejšim potrebam.

Za redukcijo oziroma zmanjšanje porabe električne energije so razdelane v odvisnosti od stopnje pomanjkanja energije različne stopnje redukcije:

Z zakonom o elektrogospodarstvu so predpisane štiri stopnje redukcije, ki jih izvajamo v primeru splošnega pomanjkanja električne energije, ko za blaženje pomanjkanja uporaba predvidenih ukrepov varčevanja in razumske porabe ne zadošča več.

Splošno pomanjkanje električne energije se kaže:

− v lažji obliki, če je potrebno planirano porabo električne energije zaradi izrednih okoliščin v elektroenergetskem sistemu zmanjšati za manj kot 10%

− v težji obliki, kadar je potrebno planirano porabo električne energije zmanjšati za znatno več kot 10%, ker so rezerve goriva oziroma akumulacije vode nezadostne in dobavo energije ni možnosti zagotoviti prej kot v desetih dneh.

Obseg in način posameznih stopenj redukcije:

I. stopnja: omejevanje razsvetljave izložb in zunanje razsvetljave objektov na varnostni minimum; izklop svetlečih reklam; prepoved prirejanja nočnih športnih prireditev ob razsvetljavi, razen kadar so na stadionih mednarodne športne prireditve; skrajševanje televizijskega programa; prepoved uporabe dodatnega ogrevanja in hlajenja v poslovnih in društvenih prostorih.

II. stopnja: omejevanje porabe električne energije vsem porabnikom do 10% III. stopnja: omejevanje porabe električne energije za proizvodnjo karbida, ferolegur in drugih

legur ter surovega železa v elektro pečeh (do 40%) IV. stopnja: omejevanje porabe v javni razsvetljavi in omejevanje električne energije za

industrijske postroje, ki porabljajo električno energijo v tehnološke namene za elektrolizo aluminija in drugih barvastih kovin, za proizvodnjo elektrojekla, sive in bele litine (do 20% porabe).

V kolikor našteti ukrepi še ne zadoščajo, se poraba omejuje porabnikom (IV. stopnje) še za nadaljnih 20%, pa tudi vsem ostalim porabnikom razen tistim, ki so izvzeti (prioriteta!):

− objekti postroji in naprave, katerih prekinitev obratovanja lahko pomeni neposredno nevarnost za življenje in zdravje ljudi (bolnice, vodovodi, pekarne)

− objekti življenskega pomena za gospodarstvo, življenje ljudi in objekti za obrambo države (letališča, vojaški objekti, železniški promet)

I. in II. stopnjo redukcije izvajajo dobavitelji energije v glavnem z osveščanjem in apeli za varčevanje brez fizičnega izklapljanja omrežja. V primeru, da apeli ne zadoščajo, nedisciplinirane porabnike ali cela področja izklapljamo, dokler ne privarčujemo prekomerno porabljeno količino energije. Po dosedanjih izkušnjah izvedba I. in II. stopnje redukcije ni velik problem ob dobri volji in določeni disciplini.

Izvedba ostalih stopenj omejitev pomeni vedno fizični odklop, ker so za porabo dovoljene količine energije tako majhne, da porabnik objektivno ne more zadovoljiti svojih tehnoloških in


ostalih potreb. Če ni fizičnega izklopa, bo porabnik vedno znatno prekoračil dovoljeno porabo in povzročil s tem v že tako prizadetem, slabem sistemu še večje probleme.

Documents

GOSPODARJENJE Z ENERGIJO - · PDF file1.3.1 Svet ... nekaj ni mogoče dobiti iz nič. Energija telesa se zmanjša, če telo odda delo ali toploto, in poveča, če delo ali toploto