ELEKTROTEHNIKA I PROMETNA KOLA

Opis zadatka:

Definirati opa svojstva obnovljivih izvora. Prikazati dostupne podatke o zastupljenosti obnovljivih izvora u svijetu i Republici Hrvatskoj.Analizirati zastupljenost vjetroelektrana i solarnih elektrana u svijetu i Republici Hrvatskoj.Prosuditi budunost vjetroelektrana i solarnih elektrana.Komentirati ekonomiju i ekologiju obnovljivih izvora u budunosti.SADRAJ

1. UVOD52. Opa svojstva obnovljivih izvora62.1. Definicija obnovljivih izvora62.2. Obnovljivi izvori63. Zastupljenost obnovljivih izvora93.1. Zastupljenost u svijetu83.2. Zastupljenost u RH84. Analiza zastupljenosti vjetroelektrana i solarnih elektrana94.1. Analiza zastupljenosti u RH.........................................................................94.2. Analiza zastupljenosti u svijetu...................................................................105. Budunost solarnih i vjetroelektrana.........................................................115.1. Budunost solarnih elektrana.....................................................................115.2. Budunost vjetroelektrana..........................................................................126. Ekonomija i ekologija obnovljivih izvora energije u budunosti...........................146.1. Ekonomija obnovljivih izvora energije u budunosti...................................146.2. Ekologija obnovljivih izvora energije u budunosti.....................................147. ZAKLJUAK.......................................................................................................16LITERATURA171. UVOD U ovom radu su obraeni onovljivi izvori energije. Svaki izvor energije koji se smatra obnovljivim je objanjen, no rad je uglavnom orijentiran na solarne i vjetroelektrane zbog njihove ekonominosti i povoljnog ekolokog utjecaja na okoli. Osim ve spomenute ekonominosti i ekologije obraeno su malo detaljnije zastupljenost solarnih i vjetroelektrana trenutno u svijetu i Republici Hrvatskoj, te sama budunost i koliki napredak tehnologije se moe oekivati u tom podruju. U tekstu su koritene slike koje prikazuju potencijalnu iskoristivost obnovljivih izvora u svijetu ovisno o podruju u kojem se nalaze, prikazani su grafovi koji prikazuju trenutni i projicirani rast solarnih i vjetroelektrana, te oni koji prikazuju trenutni pad cijena za proizvodnju struje, te novi koncepti i tehnologije u razvoju solarnih i vjetroelektrana, takoer jo su prikazani najnoviji grafovi zastupljenosti obnovljivih izvora.2. Opa svojstva obnovljivih izvora2.1. Definicija obnovljivih izvoraObnovljivi izvori energije su prema definiciji izvori koji se dobivaju iz prirodnih resursa koji se mogu obnoviti za vrijeme trajanja ljudskog ivota. U tu skupinu spadaju solarna energija, energija vjetra, energija vode, biogoriva, te geotermalna energija. Obnovljivi izvori zamjenjuju konvencionalne u proizvodnji elektrine energije, zagrijavanju vode ili prostora, goriva za motore, te kao izvori energije u ruralnim krajevima koji nisu spojeni na mreu. Sljedea slika prikazuje izvore koji se smatraju obnovljivima.

Slika 1: Obnovljivi izvori energije

2.2. Obnovljivi izvoriSnaga vode se najee koristi za proizvodnju elektrine energije putem hidroeletrana. Konvencionalne se dijele na protone, reverzibilne te akumulacijske, dok su nekonvencionalni tipovi hidroelektrane na plimu i oseku, te hidroelektrane na valove. Snaga vjetra se koristi za proizvodnju elektrine energije putem vjetroelektrana. Vjetrolektrane djelimo na kopnene, priobalne i plutajue, princip rada je isti za sve, a ime dobivaju ovisno o lokaciji. Najvea prednost vjetroelektrana je to nakon izgradnje ne zauzimaju puno prostora i povrina ispod njih koja im je potrebna za protok zraka je i dalje obradiva i iskoristiva. Solarna energija se iskoritava za zagrijavanje zraka i vode za kuanstva, ali osim toga koristi se i za solarne elektrane. Solarne elektrane djelimo na direktne i indirektne. Direktne svjetlosnu energiju sunca pretvaraju direktno u elektrinu energiju, dok indirektne solarnu energiju koriste za preusmjeravanje putem zrcala u tornjeve koji zagrijavaju vodu te dalje rade na principu pare koja pokree turbine. Za razliku od vjetroelektrana, solarne elektrane zahtijevaju velike povrine, povrina postaje neiskoristiva za ostale poslove, te zbog toga je potrebno puno due vrijeme za isplativost. Biogorivo je svaki materijal koji se moe iskoristiti za prizvodnju nekog oblika energije, a dobiva se kao nusprodukt biolokih reakcija, tako na primjer imamo tekue biogorivo koje se koristi za pokretanje vozila, a dobiva se otpadnim biljnim uljima iz domainstava i restorana, te etanol koji nastaje fermentacijom kukuruza, eerne trske itd. Bioplin se koristi najvie u elektranama na bioplin, a nastaje fermentacijom ostatak iz proizvodnje papira, eera, od raspadanja fekalija i ostataka ivotinja. Na taj nain nastaje metan, iako sam po sebi vrlo razoran stakleniki plin, koji je 70 puta jai od CO2, njegovim sagorijevanjem nastaje manje CO2 nego drugim metodama, pa je dosta pogodan za koritenje. Kruta biomasa se koristi u elektranama na biomasu, kruta biomasa se dobiva iz ostataka u umarstvu i razliitih biljnih ostataka iz poljoprivrede, te se moe direktno spaljivati ili koristit dalje za proizvodnju bioplina uz fekalije od ivotinja. Geotermalna energija je toplinska energija koju dobivamo iz dubine zemlje. Geotermalna energija je nala veliku primjenu u proizvodnji elektrine energije. Postoje 3 vrste geotermalnih elektrana, od kojih se neke zasnivaju na vruoj vodi, a neke na pari, ali proces dobivanja vrue vode odnosno pare je isti za obje. Probue se dvije cjevi duboko u zemlju, u jednu se upumpava hladna voda duboko u zemlju koja se zatim tamo zagrijava, dok kroz drugu cijev izlazi vrua voda i para koje zatim pokreu turbine. 3. Zastupljenost obnovljivih izvora3.1. Zastupljenost u svijetuNa temelju izvjea iz 2014. Zadnjih godina obnovljivi izvori ine 19% svjetske potronje energije, te stvaraju 22% svjetske proizvodnje elektrine energije. U obnovljive izvore energije uloeno je vie od 214 milijardi amerikih dolara. Na vrhu zemalja koje ulagaju u obnovljive izvore energije su Kina i SAD koji najvie ulagaju u hidro, vjetro, solarne i bio izvore energije. Za razliku od konvencionalnih izvora poput fosilnih goriva, obnovljivi izvori su dostupni na puno veim podrujima. Ulaganje u obnovljive izraze doprinosi energetskoj sigurnosti, smanjenju zagaenja okolia te ekonomskim povlasticama. U svijetu postoji snana podrka za solarno i vjetro energiju. Barem 30 zemalja u svijetu ima energetsku politiku u kojoj barem 20% proizvedene energije dolazi iz obnovljivih izvora. Strunjaci predviaju rast obnovljivih izvora u nadolazeim godinama. Sljedea slika prikazuje graf zastupljenosti obnovljivih zivora u odnosu na ostale prikazane u svjetskoj potornji 2010. godineSlika 2: Zastupljenost obnovljivih izvora u svijetu

3.2. Zastupljenost u RH

Hrvatska planira poveati udio obnovljivih izvora energije u proizvodnji elektrine energije do barem 13.6 % do 31. Prosinca 2020. Iako je trenutna gospodarska kriza oteala te usporila neke ve postojee projekte, a odgodila planirane, planira se administrativno olakavanje procedura za dobivanje dozvola to u konanici znai bru izgradnju i realizaciju projekata pa se vjeruje da e cilj biti dostignut. Svu energiju proizvedenu iz obnovljivih izvora energije operator trita se obvezuje otkupiti to u zadnje vrijeme potie na ugraivanje ureaja za iskoritavanje obnovljivih izvora energije u kuanstva primjerice solarni paneli.4. Analiza zastupljenosti vjetroelektrana i solarnih elektrana

4.1. Analiza zastupljenosti u RH

S obzirom na broj sunanih sati tokom godine, te broj neobradivih povrina koje bi se mogle iskoristiti za postavljanje solarnih elektrana, maksimum jo nije dosegnut. Prema najnovijim podacima u Hrvatskoj se proizvede 5.1 W po stanovniku , to nas svrstava na samo dno ljestvice u Europi. Hrvatska ima veliki potencijal u iskoritavanju suneve energije. Naime, procijenjeni tehniki potencijal suneve energije 1% povrine kontinentalne Hrvatske iznosi 830 TWh godinje, to je desetorostruka vrijednost dnevne potronje primarne energije u Hrvatskoj.Najvie fotonaponskih sustava se nalazi na sjeverozapadu Hrvatske, a Dalmacija je trenutno najslabije razvijena iako ima najvei potencijal. Najvea solarna elektrana je Kanfanar 1 u Istri snage 1 MW. HEP potie kuanstva na ugradnju solarnih panela u domainstvu to pomae rastu proizvedene elektrine energije dobivene iz suneve energije. Hrvatska ima veliki potencijal za vjetroelektrane, meutim kao i kod solarnih elektrana on nije iskoriten, trenutna instalirana snaga 14 vjetroelektrana koliko ih Hrvatska ima je 254.25 MW, u izgradnji, testiranju i u planu je jo nekoliko elektrana pa bi krajnja vrijednost iznosila 420.95 MW, plan je bio za poveanje na 1200 MW do 2020. godine meutim on je srezan na 400 MW. Instaliranjem 1200 MW proizvedena energija dobivena od vjetra ukoliko bi se preostalih 800 MW rasporedilo na 3 lokacije koje se nalaze pokraj Senja, u okolici Nove Gradike te na otoku Mljetu godinja proizvodnja elektrine energije dobivene iz vjetroelektrani bi iznosila 3442 GWh godinje. Maksimalni potencijal te tri lokacije iznosi 7 735 GWh godinje to je vie nego duplo od proizvodnje koja bi nastala ugradnjom 1200 MW koja je srezana na 400 MW. Hrvatska ima veliki potencijal za izgradnju solarnih i vjetroelektrana koji ne iskoritava dovoljno, iako se ugovorima to pokuava poboljati, uz pribrojani rast koji se oekuje Hrvatska e proizvoditi samo 15% potencijala koji ima za Vjetroelektrane dok je za solarnu energiju to i manje.4.2. Analiza zastupljenosti u svijetu Trenutna proizvodnja elektrine energije pretvorbom solarne energije je oko 185 GW godinje u svijetu, te se tokom 2015. oekuje rast za 55 GW to je poveanje od 10-20% to pokazuje svjetske trendove o ulaganju u solarnu energiju. Najvei proizvoa elektrine energije dobivene iz solarnih izvora je Njemaka sa oko 40GW to samim time ini Europu vodeom regijom sa proizvodnjom, iako oekuje se da e Kina do 2020. prestii Njemaku u godinjoj proizvodnji. Sljedea slika prikazuje moguu proizvodnju energije dobivene od sunca u omjeru kWh po m2.

Slika 3: Analiza mogue proizvodnje solarnih elektrana Prema trenutnim brojkama Europa vodi sa instaliranim kapacitetom od 128 752 MW u vjetroelektranama, iako Kina biljei sve vei rast te se oekuje preuzimanje vodstva sa instaliranim kapacitetom do 2020. Promatranjem dostupnih podataka da se zkaljuiti kako su Solarne i Vjetroelektrane sve vie zastupljenije u svijetu sa napretkom tehnologije te je pozitivna stvar to glavni zagaivai poput Kine i SAD-a sve vie ulau u iste obnovljive izvore.

5. Budunost solarnih i vjetroelektrana5.1. Budunost solarnih elektranaOekuje se da e udio proizvodnje elektrine energije u sijetu biti ak 27% od solarnih elektrana, razlog tomu je konstantni napredak tehnologije koji smanjuje trokove, a poveava uinkovitost. Vrijeme potrebno da bi se vratila uloena energija 2000. godine je bilo do 10 godina, zbog razvoja tehnologije trenutno je potrebno prosjeno 1 do 1 i pol godina do povratka uloene energije, dok postoje dijelovi svijeta gdje je maksimum za povratak uloene energije samo 7 mjeseci, a zbog napredka tehnologije oekuje se jo manje potrebno vrijeme za postizanje isplativosti. Trenutno je u razvoju tehnologija nazvana Betaray koja koristi oblik staklene kugle koji usmjerava sunevu svjetlost prema maloj povrini te na taj nain smanjuje koliinu potrebnih materijala te u sluaju da se ugradi sistem za praenje sunca poveava uinkovitost za ak 35%, te za razliku od starijih modela koji su pratili sunce, puno je otpornije na razliite uvjete. Dizajn se moe vidjeti na sljedeoj slici.

Slika 4: Betaray

5.2. Budunost vjetroelektrana

Trenutni udio proizvodnje svjetske energije koja dolazi od vjetroelektrana je oko 4%, to je vie od trenutnog udjela solarnih elektrana, a s obzirom da se najavljuje za solarne elektrane porast udjela do oko 30% vjeruje se ukoliko ne bude napredka tehnologije tako neto bi moglo biti sluaj i za vjetroelektrane meutim, za vjetroelektrane je tee praviti dugorone prognoze zbog same prirode vjetra kao pojave koja esto mjenja smjer, stoga se ipak oekuje da e do 2030. Udio energije dobivene od sunca biti vei kao to prikazuje sljedea slika.

Slika 5: Projicirani rast vjetro i solarnih kapaciteta

Zasada se sve vie planira razvoj vjeotrelektrana na puini gdje su jai vjetrovi pa bi porast mogao biti i vei od oekivanog, meutim vjeruje se kako je budunost vjetroelektrana na velikim visinama iz razloga to se snaga nastala iz vjetrogeneratora rauna po formuli: P=v3

Gdje je : P Snaga [W]

v - brzina vjetra [m/s]

to znai da dvostruko poveanje brzine generira 8 puta veu snagu, dok trostruko pojaanje generira ak 27 puta veu snagu, te se vjeruje da bi postavljanje na odreenim lokacijama to moglo postii. U razvoju su tehnologije koje bi odravali zmajeve u zraku na vrlo visokim visinama gdje su brzine puno vee, te bi ti zmajevi pokretali turbine na zemlji ili ak zgradama u veim gradovima to bi dodatno povealo uinkovitost zbog manje materijala potrebnog za upotrebu. U razvoju je takoer tehnologija leteih vjetroelektrana koje bi se odravale u zraku uz pomo balona. Primjer turbine koja je nastala daljnjim razvojm letee vjetroturbine odravane u zraku balonom se moe vidjeti na sljedeoj slici.

Slika 6: Letea vjetroturbina odravana helijem.Osim balona u razvoju je jo jedan projekt koji bi se ponaao poput zmaja, turbine koje su postavljene na laganu strukturu koja je povezana sa zemljom putem kabla koji bi ujedno i vodio struju do zemlje, u trenutku podizanja generatori bi imali ulogu motora a turbine propelera, meutim kada bi se doselga potrbna visina turbine poinju skupljati struju, a motori se prebacuju na generatorski nain i alju struju na zemlju, a cijela struktura se odrava u zraku zbog svoje male teine, aerodinamikog dizajna te potrebnog uzgona koje same turbine stvaraju prikupljanjem elektrine energije. 6. Ekonomija i ekologija obnovljivih izvora u budunosti

6.1. Ekonomija obnovljivih izvora u budunostiCijena obnovljivih izvora pada sve vie te se oekuje nastavak tog trenda zbog sve veeg razvoja tehnologije, masovnije proizvodnje te trinog natjecanja samih proizvoaa, posebno vei i bri pad se osjeti kod solarnih i vjetroelektrana, te se sve vie ubrzava isplativost primjerice za vjetroelektrane treba do godinu dana da bi se poelo poslovati u plusu, dok za solarne elektrane taj prosjek je oko godinu i pol iako ovisno o lokaciji moe biti i ve za 7 mjeseci. Na sljedeoj slici se moe vidjeti cijena proizvodnje elektrine energije dobiene od vjetra u omjeru euro po kWh.

Slika 7: Cijena proizvodnje

Osim to pada cijena proizvodnje, ubrzava isplativost takoer je jeftinije u zemljama u razvoju uloiti u izgradnju manjih elektrana na obnovljive izvore nego prenositi energiju dobivenu od fosilnih goriva na vee udaljenosti. 6.2. Ekologija obnovljivih izvora u budunosti

Osim to se sa napretkom tehnologije smanjuju trokovi takoer se poboljava i ekologija obnovljivih izvora jer iako su obnovljivi izvori u usporedbi sa fosilnim gorivima puno manje tetni, oni i dalje donose tetu okoliu. Najvee zagaenje okolia u sluaju obnovljivih izvora nastaje prilikom proizvodnje te postavljanje samih konstrukcija tako na primjer za proizvodnju solarnih elija se koristi kadmij koji u kombinaciji sa izgaranjem ugljena koji proizvodi energiju potrebnu za proizvodnju nastaje dosta velika teta, meutim sve vie fotoelija se poinje proizvoditi izostavljanjem kadmija i zamjenom nekim materijalima koji nisu tetni, takoer postoje planovi za prelazak i na koritenje energije dobivene iz obnovljivih izvora tokom same proizvodnje. Vjetroelektrane veliko zagaenje stvaraju tokom proizvodnje velike koliine betona koja je potrebna za postavljanje strukture na koju se postavlja sama turbina. Napredkom graevinske tehnologije poveava se dostupnost i smanjuju trokovi za materijale koji mogu zamjeniti beton, a predstavljaju manje ili u nekim sluajevima skoro nikakve tete za okoli. Osim za vjetroelektrane isto vrijedi i za hidroelektrane. Kod pogona na biomamasu i bioplin se zapravo moe ispustii vea koliina tetnih stvari u nekim sluajevima nego kod fosilnih goriva. Koliina isputenih tetnih tvari ovisi od same tvari ili plina koji se koristi za izgaranje, meutim zbog takvog rizika ova opcija se dosta zaobilazi u sluajevima kad je glavna motivacija smanjenje zagaenja. Iako geotermalne elektrane poput onih na fosilna goriva isputaju neke tetne tvari u atmosferu to nije glavni problem kod njih jer je to ipak neto manje. Glavni problem je mogunost izvlaenja tekih i najee tetnih i otrovnih elemenata iz dubina zemlje te naruavanje geoloke stabilnosti kod samog postavljanja i ubrizgavanja i izvlaenja vode odnosno pare. U sljedeoj slici se vidi primjer koji se najee koristi za obrazovanje graana o koristima obnovljivih izvora u odnosu na fosilna goriva.

Slika 8: Razlika utjecaja obnovljivih izvora i fosilnih goriva.7. ZAKLJUAKNa kraju ovoga rada moe se zakljuiti kako budunost proizvodnje elektrine energije trenutno lei u obnovljivim izvorima, posebice u solarnim i vjetroelektranama kao naj ekonominijim rijeenjima zbog svoje brze i velike isplativosti. Osim ispativosti vaan je i ekoloki faktor koji one zadovoljavaju. Daljnjim razvojem tehnologije ekonomska isplativost i povoljan utjecaj na okoli e samo rasti to e potaknuti i zemlje koje dosta zagauju okoli fosilnim gorivima poput Kine i SAD-a na prijelaz na ovu zelenu energiju. Taj trend se ve polako vidi u zemljama sa velikim zagaenjem. Daljnjim ulaganjem u znanost te samim obrazovanjem ljudi se moe potaknuti sve vei rast te energetska neovisnost o fosilnim gorivima. Hrvatska malo zaostaje za trendovima iako i ona ispunjava svoje ciljeve, te je pohvalan program ugradnje solarnih panela na krovove obiteljskih kua. Hrvatska i dalje mora pojaati izgradnju solarnih elektrana posebice u Dalmaciji zbog velike iskoristivosti. Hrvatska takoer mora poveati raspoloivu snagu vjetroelektrana za koje je cilj ve dostigla, meutim to je sputena razina koja iznosi samo treinu od originalnog cilja koji je izvediv.

LITERATURAhttp://en.wikipedia.org/wiki/Renewable_energyhttp://en.wikipedia.org/wiki/Wind_powerhttp://en.wikipedia.org/wiki/Solar_energyhttp://en.wikipedia.org/wiki/Growth_of_photovoltaicshttp://en.wikipedia.org/wiki/Solar_power_by_countryhttp://en.wikipedia.org/wiki/Renewable_energy_in_developing_countrieshttp://www.designboom.com/technology/betaray-spherical-glass-solar-energy-generator-by-rawlemon-12-18-2013/http://www.zmescience.com/ecology/green-living/worlds-first-airborne-wind-farm-42324/http://www.hep.hr/oie/onama/default.aspxhttp://oie.mingorp.hr/

ZAVRNI RAD

Obnovljivi izvori

ZAVRNI RAD

Obnovljivi izvori

PAGE 4