„Aleutians West Census Area“ smještena je na Aljasci, i najveći je grad Unalaska-e. Klima tog prostora je arktička pomorska što rezultuje u hladnoj klimi. Teška magla je učestala tokom ljetnih mjeseci. Zanimljive biljke i životinje glavna su odlika ovog mjesta, susrećemo 287 vrsta ptica, plavu lisicu, morske lavove, kitove, irvase, te više od 100 tipova divljeg cvijeća. Temperature variraju od -7C do 15C. Prosjek padavina je 635mm sa sniježnim padavinama od 1422mm.

Potrebno je kreirati projekat opskrbe električnom energijom na odabranom području. Odabrali smo nenaseljeni prostor blizu St. Paul-a na Aljasci. Odabrano mjesto, kao što je već navedeno, nalazi se u hladnoj klimi sa jakim vjetrom i srednjim padavinama, te niskim temperaturama. Sunca nema mnogo jer su ljetni mjeseci magloviti. Takođe, ovaj prostor leži na rastopljenoj magmi, davajući mu veliki geotermalni potencijal.

Budžet sa kojim trenutno raspolažemo je 300 000 , a on je predviđen kako za opskrbu energije, tako i za izgradnju kuće. Troškovi izgradnje kuće iznose 100 000, tako da nam preostaje 200 000 za projekat opskrbe energijom.

Odabir načina snadbjevanja energijom

U današnjem vremenu, vremenu klimatskih promjena, jako je teško odlučiti se za jedan oblik energije. Oblika energije ima mnogo, a svaki od njih ima i prednosti i mane. U našem projektu, s obzirom na to da kroz odabrano mjesto ne protiče veća rijeka, snadbjevanje električnom energijom pomoću energije vode i pravljenje hidroelektrana nije opcija. Što se tiče solarnih panela, budžet nam nije dozvoljavao. Biogoriva kao zamjena fosilnih goriva svakako nose sa sobom pozitivnu notu što se tiče utjecaja na okoliš, no ukoliko uzmemo u obzir izvor za proizvodnju biogoriva, moramo se zapitati, jesu li ona zaista dobro rješenje za sveopće pučanstvo svijeta. Naime, proizvodnja biogoriva je zapravo direktna pretvorba hrane u naftu. Neobnovljive izvore električne enrgije nismo ni uzimali u obzir iz razloga što su potrošni, nisu vječni a kod njih se takođe javlja i otpad. Preostale su opcije izgradnje geotermalne elektrane ili vjetrenjača.

Princip rada geotermalne elektrane

Pri proizvodnji električne enrgije pomoću geotermalnih elektrana, prvo je naravno potrebno ekstrahirati geotermalnu energiju iz pare, vruće vode, odnosno iz vrućih kamenih slojeva zemljine unutrašnjosti. Uspjeh tog procesa ovisi o tome koliko će se voda zagrijati, a što ovisi o tome koliko je vruće kamenje bilo u startu te o tome koliko vode ispumpamo prema tom kamenju. Nakon toga se voda pumpa, odnosno ispušta kroz tzv. „injection well“ ( odnosno otvor za ubrizgavanje), te na taj način prolazi kroz pukotine vrućih slojeva zemljine unutrašnjosti te se zatim kroz tzv. „recovery well“ ( odnosno povratni otvor) vraća natrag na površinu pod velikim pritiskom te se pritom pretvara u paru kada dođe do površine.

Tako dobivenu paru potrebno je odvojiti od slane vode što se obično odvija u centralnom postrojenju za odvajanje. Kada proces odvajanje slane vode od pare bude dovršen para se provodi do tzv. heat exchangera (odnosno transferatora topline) koji se nalaze u unutrašnjosti elektrane. Kada se para provede do transferatora topline moguće ju je provesti do parnih turbina gdje se može generirati u struju, a istovremeno se kroz ispušne ventile oslobađa neiskorištena energija. U transferatorima topline para se pod pritiskom hladi u kondenzate da bi se nakon toga toplina transferirala u hladnu vodu u kondenzacijskim transferatorima topline. Tako dobivena hladna voda pumpa se se iz izvora u skladišne spremnike iz kojih se provodi u transferatore topline gdje se vodi podiže temperatura za 85-90 stupnjeva Celzijusa. Tako zagrijana voda prolazi kroz deaeratore te se ključanjem vode odvaja otpušten kisik i ostali plinovi koji bi mogli uzrokovati koroziju nakon što se zagriju te je zbog toga potrebno rashladiti vodu na 82-85 stupnjeva Celzijusa.

Kinetička energija čestica

vruće pare

Rotacijska energija turbine

Električna energija

PRINCIP RADA VJETRENJAČE

Vjetrenjače su strojevi pokretani brzinom vjetra. Kad se vjetar kreće velikom brzinom i njegove čestice se također kreću tom brzinom. Kretanje uzrokuje kinetičku energiju koja može biti zarobljena pomoću turbine. U slučaju vjetro-električne turbine, lopatice turbine tj. vjetrenjače su napravljene tako da skupljaju kinetičku energiju vjetra. Kada se lopatice krenu okretati pomoću snage vjetra pokreće se vratilo koje se vodi do generatora. Generator pretvara kinetičku energiju vjetra u električnu.

Generalna podjela dijelova vjetrenjače je na mehanički i električni dio. U mehanički dio spada elise, postolje i prijenos. . Elisa pod pritiskom vjetra se okreće određenim obrtnim momentom, taj obrtni moment

se preko multiplikatora prenosi do generatora, koji on pretvara u električnu energiju. Nakon generatora dolazi akumulator. Kada nebi bilo njega napon bi se mijenjao srazmjerno sa brzinom vjetra, ovako potrošač ima konstantno 12V. Pretvarač DC-AC 12-220 dolazi nakon akumulatora, ovo je stavljeno da se mogu priključiti kućni aparati.

Elisu čine kraci i disk.Kraci imaju aerodinamički oblik, tj. oblik avionskog krila, jer time na konveksnoj strani se stvara sila potiska. Nama najpovoljnije bi bilo da krake pravimo od PVC cevi. Izbor broja krakova, najviše zavisi od generatora, jer, u našem slučaju, što je veći broj krakova veća je snaga elise koja je potrebna da savlada otpor generatora. Još jedan plus elise sa više krakova je taj što kad ima više krakova veća joj je masa, samim tim je veći i moment inercije. To je pozitivno u predjelima gde vjetar varira, pa ako na trenutak vjetar oslabi broj obrtaja će se sporije smanjivati, nego kod lakših elisa. Disk je napravljen od metala simetrične rupe za krake u slučaju slabog vjetra, ili, ukoliko je vjetar jači rupe su centrirane tako da je elisa uvijek balansirana, pa se može stavljati i manje, a time će i napon biti stabilniji.

generatorKinetička energija vjetra

Električna energija

Prijenos se sastoji od dvije aluminijumske remenice, od kojih je jedna dvostepena.Elisa je sa prvom remenicom povezana direktno osovinom koja se nalazi na samopodesivim duplim kugličnim ležajevima. Dalje je ona povezana klinastim kaišem sa 1. stepenom dvostepene remenice. Drugi deo dvostepene remenice, je kaišem povezan sa alternatorom. Ovakvim prenosom dobija se odnos 1:25 (npr. Ako je na ulazu 20 obrtaja - elisa - na izlazu se dobija 500 obrtaja - alternator).

Postolje je bitan dio vjetrenjače, od njega zavisi stabilnost cijelog sistema. Zavisno od mjesta postavljanja i od jačine vjetra postolja mogu biti visoka od 5-6 metara pa do preko 100.

Električni dio vjetrenjače se sastoji od Impulsnog davača pobude, pretvarača DC-AC 12-220, 500W, pokazivač ispravnosti akumulatora i kontrolne table.Kao generator je korišćen alternator sa samopobudom. Da bi alternator počeo da puni na

njega treba da se dovede pobuda koja iznosi od 0.5 do 2A. Kada bi non stop bilo vetra to i ne bi bio problem, cela šema bi se rešila sa tranzistorom i relejom. Pobuda bi tekla sve dok alternator ne počne da puni, struja punjenja bi prekinula pobudu i tako bi se ponavljalo. Problem se javlja šta ako nema vetra a pobuda je uključena? Kada ne bi bilo vetra pobuda bi bila uključena jer ne bi imalo šta da je prekine i akumulator bi se brzo ispraznio. Da bi smanjilo pražnjenje akumulatora potrebna je šema koja bi pobudu povremeno uključivala, kada nema vetra uključivanje će se ponavljati sve dok struja sa alternatora to ne prekine tj. dok vjetar ne počne da puše. To je upravo riješio Vlatko Cvitković. Njegova šema uključuje pobudu na svaki 1.5 min. i drži uključenu 2.5 sec. time se pražnjenje akumulatora smanjilo 36 puta.Da bi na vjetrenjaču mogli da se priključe kućni aparati, potreban nam je pretvarač koji će 12V sa akumulatora pretvoriti na naizmenični napon od 220V

Predstavimo jedan primjer.

početna brzina vjetra vp = 4 m/s;nazivna brzina vjetra vn = 10 m/s;maks. radna brzina vj. vmax = 25 m/s;trajanje vjetra između vp i vn tp-n= 3000 h;trajanje vjetra između vn i vmax tn= 1500 h;prosječna snaga do nazivne P p-n = 0,4 MW;nazivna snaga Pn = 1 MW;raspoloživost r = 90%

W = Wp-n + Wn = 2430 [MWh]

Prednosti i mane vjetrenjača i geotermnalnih elektrana

Geotermalna energija ne proizvodi zagađenja i ne doprinosi efektu staklenika. Takođe, za nju nije potreban gas i nakon izgradnje elektrane struja je skoro besplatna, možda će biti potrebno malo energije da se pokreće pumpa, ali to može biti uzeto od energije koja se generiše. Za razliku od vjetra, kod kojeg ne postoji opasnost od toksičnih materija, geotermalna para obično sadrži vodikov sulfid, koji je u velikim količinama otrovan, a u malim količinama neugodan jer smrdi po sumporu. Međutim, postoji proces pročišćavanja pare kojim se uklanja sumpor koji bi rješio taj problem. Čestice koje se odvajaju u procesu pročišćavanja mogu sadržavati male količine arsena ili drugih otrovnih tvari, no kad se te tvari ponovno vrate u zemlju, opasnost je minimalna. Zagađivanje podzemnih voda još je jedan problem koji se može javiti ako duboko pod zemljom geotermalne bušotine nisu izolirane čeličnim obložnim cijevima i cementom. Takođe, bušotine koje se prave u zemlji mogle bi pokrenuti lavu te stvoriti opasnost od izlijevanja.

Kao dobre strane iskorištavanja energije vjetra ističu se visoka pouzdanost rada postrojenja, nema troškova za gorivo i nema zagađivanja okoline. Vjetroelektrane su energetska postrojenja bez štetnih emisija! Vjetar je obnovljivi izvor energije s velikim potencijalom, besplatan je, dostupan je svima i ne može se potrošiti. Loše strane su visoki troškovi izgradnje i promjenjivost brzine vjetra. Takođe, vjetrenjače mogu predstavljati opasnost za ptice a mnogi se ljudi žale na buku. Studija procjenjuje da su vjetrovne farme odgovorne za 0.3 do 0.4 pogibelji po gigawat-satu (GWh) struje, dok su elektrane na fosilna goriva odgovorne za oko 5.2 pogibelji po GWh. U UK, Society for the Protection of Birds (RSPB) zaključilo je da "Dostupni dokazi sugeriraju da prikladno smještene vjetrovne farme ne predstavljaju značajnu opasnost za ptice.“

Oba načina opskrbe energijom su prihvatljiva. Geotermalne elektrane sadrže toksične materije za razliku od vjetra, dok je vjetrova brzina promjenjiva i stoga ne možemo predvidjeti tačno koliko električne struje možemo dobiti u određenom trenutku.

Cijena

Razmotrićemo i isplativost jednog i drugog nacina snadbjevanja energijom.

Troškovi geotermalnih elektrana su odavno ponderisani prema troškovima, a ne gorivu da bi ih prikazali. Bušenje geotermalnih bunara i izgradnja cjevovovoda dolaze prvi, a zatim analiza resursa na osnovu informacija bušenja. Sledeći je projekat stvarnog postrojenja. Izgradnja elektrane bude obično završena, istovremeno sa konačnom razradom geotermalnog polja. Početna cijena za geotermalno polje i elektranu je oko $ 2500 po instaliranom kW, verovatno $ 3000 do $ 5000/kW za malu (<1MW) elektrane. Troškovi rada i održavanja su u rasponu od $ 0,01 do $ 0,03 po kWh. Geotermalna bušotina dubine 2000 m košta do 2.000.000 €. Međutim, treba imati u vidu da razlike u cijeni mogu biti značajne, na što utiče geološka građa terena, pojava povišenih pornih pritisaka i gasova, nivo analiza, mjerenja i snimanja u toku izvođenja bušenja, predviđeni zastoji, dimenzije i tip zacjevljenja i dr. Naš budžet ne pokriva bušenje geotermalne bušotine, te, ako bi se odlučivali za ovaj način snadbjevanja energijom, morali bi tražiti finansijsku podrsku, što ne bi bilo lahko a oduzelo bi mnogo vremena. Upravo visoka početna cijena građenja geotermalne elektrane je jedna od najvećih mana ovog načina snadbjevanja energijom. Neosporno je da bi se uloženi novac isplatio jer nakon izgradnje elektrane skoro da i nema drugih troškova.

Mi smo se ipak radije odlučili koristiti energiju vjetra, gradnjom manjih turbina.

Generalno, tipična mala turbina košta $2,500 - $5,000 po kW instalisanog kapaciteta.

1.5kW turbina će proizvesti približno 3,942 kWh godišnje 5kW turbina će proizvesti 13,140 kWh godišnje 15kW turbina će proizvesti 39,420 kWh godišnje

Uzimajući u obzir predviđanja da će se na mjesto gdje gradimo kuću doseliti još ljudi, mi smo se odlučili za izgradnju postrojenja snage od maksimalno 80kW (koliko nam budžet dopušta).

80kW * $2,500 = $200 000

Izgradnjom 16 turbina iskoristićemo predviđeni budžet. Sada nam se postavlja pitanja, koliko domaćinstava možemo snadbjevati energijom.Procjenimo koliko prosječno domaćinstvo potroši električne energije

Snaga Vrijeme rada

Dnevna potrošnja

sijalice 0.072kW 12h 0.864kWhTV 0.5kW 7h 3.5kWhbojler 2kW 0.3h 0.6kWhfrižder 0.6kW 15h 9kWhšporet 1.2kW 1h 1.2kWhostalo 3kW 1h 3kWhUkupna dnevna potrošnja (približno): 18.1kWh

16 * 13,140 kWh = 210 240kWh210 240kWh : 18.1kWh * 365 = 32

Približno 32 doma ćemo moći snadbjevati strujom, te možemo izgraditi malo naselje koje bi imalo rješenu situaciju sa električnom energijom.

S obzirom na to da mi posjedujemo izvor energije, mi ćemo naplaćivati električnu energiju doseljenicima.

Prosječna cijena električne energije po domaćinstvu je $0.08 po kWh.

210 240 – ( 18,1 * 365 ) = 203 633203 633 * $0.08 = $16 290

Za godinu dana zaradićemo $16 290.

200 000 : 16 290 = 12

Uloženi novac vratićemo za 12 godina, a nakon toga ćemo moći zarađivati.

Odabir energije vjetra kao primarni način opskrbom električnom energijom trebao bi pomoći pri smanjenju polucije ugljičnog dioksida u atmosferu što uzrokuje efekt staklenika i značajne i još uvijek nesagledive posljedice na klimu te ne manje važne sumporne i dušikove okside koji uzrokuju kisele kiše i umiranje šuma. Izgradnja vlastitih pogona (vjetrenjače) pospješuju iskorištavanje domaćih resursa, a korištenje obnovljivih resursa smanjit će procenat štete koju nanosimo prirodi. Izgradnja vjetro-elektrana ne

utiče na razvoj poljoprivrede i stočarstva, te bi se stanovnici našeg malog naselja slobodno mogli baviti tim aktivnostima.

Literatura:

1. Internet stranica www.elitesecurity.org2. Internet stranica www.e-vozila.com3. Internet stranica www.alldatasheet.com4. “Osnovi Elektrotehnike za studente neelektrotehničkih fakulteta”,autor Dr

Miroslav Prša5. „Small-Scale Geothermal Power Plant Field Verification Projects“,autor C.

Kutscher6. „CIJENE ELEKTRIČNE ENERGIJE I PRIRODNOG PLINA“, Agencija za

statistiku Bosne i Hercegovine7. „Using small-scale solar power plant to supply rural homes with electricity in the

Ngan-ha locality“,autor Thang Dieudonné