1. SVEUČILIŠTE U ZAGREBU
RUDARSKO-GEOLOŠKO-NAFTNI FAKULTET
SKRIPTA IZ KOLEGIJA:
PROIZVODNJA I PRETVORBA ENERGIJE
Nositelj kolegija:
dr. sc. Damir Rajković,
redoviti profesor na
Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu
Asistent:
Nenad Kukulj, dipl.ing.
Zagreb, 2011.
2. I
SADRŽAJ
POGLAVLJE 1. CENTRALIZIRANI ENERGETSKI OBJEKTI .................... 1
1. UVOD ................................................................................................................................ 2
2. CENTRALIZIRANI TOPLINSKI SUSTAVI ................................................................... 2
2.1. Obilježja centraliziranih toplinskih sustava .......................................................... 3
2.2. Kuen-CTS .............................................................................................................. 4
3. PODJELA TEHNOLOGIJE CTS-a ................................................................................... 5
3.1. Termoelektrane ...................................................................................................... 5
3.1.1. Plinsko – turbinsko termoelektrane .......................................................... 6
3.1.2. Parno – turbinsko postrojenje ................................................................... 8
3.1.3. Kombinirano (kombi) postrojenje ............................................................. 8
3.2. Nuklearna elektrana ............................................................................................. 11
4. STANJE PRIMJENE U HRVATSKOJ ........................................................................... 16
5. TERMOELEKTRANE U HRVATSKOJ ........................................................................ 18
5.1. Zagreb .................................................................................................................. 18
5.2. Osijek ................................................................................................................... 20
5.3. Sisak .................................................................................................................... 21
5.4. Rijeka ................................................................................................................... 22
POGLAVLJE 2. DECENTRALIZIRANI ENERGETSKI SUSTAVI ............ 25
1. UVOD .............................................................................................................................. 26
2. OSNOVNE ZNAČAJKE DES-a ..................................................................................... 27
3. PODJELA TEHNOLOGIJE DES-A ............................................................................... 28
3.1. Obnovljivi izvori energije ................................................................................... 28
3.1.1. Energija vjetra – vjetroelektrane ............................................................. 28
3.1.2. Energija sunca ......................................................................................... 32
3. 3.1.3. Energija vode – hidropotencijal .............................................................. 35
3.1.4. Geotermalna energija .............................................................................. 39
3.1.5. Bioenergija .............................................................................................. 41
3.1.6. Zajedničke karakteristike DES-a iz obnovljivih izvora .......................... 42
3.2. Kogeneracijska tehnologija ................................................................................. 42
3.2.1. Važnost korištenja gorivnih ćelija u kogeneracijskim sustavima ........... 42
3.2.2. Mikrokogeneracije .................................................................................. 43
3.2.3. Trigeneracije ........................................................................................... 44
3.2.4. Zajedničke karakteristike DES-a u kogeneraciji..................................... 44
3.3. Toplinske pumpe ................................................................................................. 45
4. DOPRINOS DES-a HRVATSKOJ ENERGETICI ......................................................... 47
POGLAVLJE 3. HIDROELEKTRANE ............................................................. 48
1. UVOD ............................................................................................................................ 49
2. HIDROELEKTRANE ................................................................................................... 49
2.1. Osnovni dijelovi hidroelektrane .......................................................................... 51
3. OSNOVNI TIPOVI HIDROELEKTRANA .................................................................... 54
3.1. Protočne hidroelektrane ....................................................................................... 54
3.2. Akumulacijske hidroelektrane ............................................................................. 55
3.3. Reverzibilne hidroelektrane ................................................................................ 56
4. PODJELA HIDROELEKTRANA PREMA INSTALIRANOJ SNAZI (UČINU) ....... 58
4.1. Male hidroelektrane ............................................................................................. 58
4.2. Male hidroelektrane u Hrvatskoj i stanje korištenja ............................................ 59
4.3. Male hidroelektrane u svijetu .............................................................................. 61
4.4. Velike hidroelektrane .......................................................................................... 62
4.4.1. Značajke hidroelektrana .......................................................................... 62
4.4.2. Neto snaga hidroelektrane ....................................................................... 63
4.4.3. Uloga hidroelektrana u suvremenom svijetu .......................................... 64
5. PREDNOSTI HIDROELEKTRANA .............................................................................. 64
6. NEDOSTACI HIDROELEKTRANA ............................................................................. 65
II
4. 7. DRŽAVE S NAJVEĆOM PROIZVODNJOM HIDRO-ELEKTRIČNE ENERGIJE .... 66
8. PRIMJERI HIDROELEKTRANA .................................................................................. 67
8.1. Tri klanca (Kina) – najveća hidroelektrana ......................................................... 67
8.2. Hidroelektrana Itaipu (Brazil/Paragvaj) .............................................................. 69
8.3. Hidroelektrana Hoover (SAD) ............................................................................ 70
9. ENERGIJA MORA ....................................................................................................... 71
9.1. Elektrana na pogon valovima .............................................................................. 71
9.2. Plimne elektrane .................................................................................................. 72
9.3. Hidroelektrana na podmorske struje .................................................................... 73
POGLAVLJE 4. NUKLEARNE ELEKTRANE ................................................ 74
1. UVOD .............................................................................................................................. 75
2. PRVE NUKLEARNE ELEKTRANE U SVIJETU ......................................................... 75
3. POVIJEST NUKLEARNIH NESREĆA ......................................................................... 78
4. NUKLEARNE ELEKTRANE U SVIJETU .................................................................... 81
5. TIPOVI NUKLEARNIH ELEKTRANA ........................................................................ 82
6. NUKLEARNA ENERGIJA U ODNOSU NA OSTALE ENERGENTE ....................... 85
7. RADIOAKTIVNI OTPAD .............................................................................................. 88
8. ZAŠTITA OKOLIŠA I SIGURNOST KOD NUKLEARNIH POSTROJENJA ............ 91
POGLAVLJE 5. VJETROELEKTRANE .......................................................... 93
1. UVOD .............................................................................................................................. 94
2. ENERGIJA VJETRA ...................................................................................................... 94
3. VJETROTURBINE ......................................................................................................... 95
3.1. Princip rada .......................................................................................................... 96
3.1.1. Generatori vjetroturbina .......................................................................... 99
3.1.2. Ograničavanje izlazne snage i zaštita od oluja ..................................... 102
3.2. Vrste vjetroturbina ............................................................................................. 104
III
5. 3.2.1. Vjetroturbine s horizontalnom osi vrtnje (HAWT) .............................. 105
3.2.2. Vjetroturbine s vertikalnom osi vrtnje (VAWT) .................................. 107
3.3. Lokacije vjetroturbina ....................................................................................... 109
3.3.1. Lokacije na kopnu ................................................................................. 110
3.3.2. Priobalne lokacije.................................................................................. 110
3.3.3. Lokacije na moru .................................................................................. 110
4. PRIMJENA VJETROELEKTRANA U SVIJETU ....................................................... 111
5. PRIMJENA VJETROELEKTRANA U HRVATSKOJ ................................................ 112
6. PREDNOSTI I NEDOSTATCI KORIŠTENJA VJETROELEKTRANA .................... 114
POGLAVLJE 6. SOLARNI UREðAJI ............................................................. 115
1. UVOD ............................................................................................................................ 116
2. RAZVOJ FOTONAPONSKE TEHNOLOGIJE I TRŽIŠTA ....................................... 117
3. SOLARNI KOLEKTORI .............................................................................................. 118
3.1. Način rada solarnih kolektora ............................................................................ 120
4. FOTONAPONSKE ĆELIJE .......................................................................................... 121
4.1. Način rada fotonaponskih ćelija ........................................................................ 122
4.2. Graña Si - PV ćelije ........................................................................................... 124
4.3. Karakteristike ćelija ........................................................................................... 124
4.4. Primjena fotonaponskih solarnih ćelija ............................................................. 125
4.5. Prednosti upotrebe solarnih fotonaponskih sustava .......................................... 127
4.6. Utjecaj na okoliš ................................................................................................ 127
5. SUNČANI BOJLER ...................................................................................................... 128
POGLAVLJE 7. KOGENERACIJA, MIKROKOGENERACIJA,
TRIGENERACIJA .............................................................................................. 130
1. UVOD ............................................................................................................................ 131
2. KOGENERACIJA ......................................................................................................... 131
2.1. Prednost i efikasnost kogeneracije .................................................................... 132
IV
6. 2.2. Izgradnja kogeneracijskog postrojenja .............................................................. 133
2.3. Elementi kogeneracijskog postrojenja ............................................................... 134
2.4. Vrste kogeneracijskih postrojenja ..................................................................... 134
2.5. Primjer korištenja kogeneracijskog postrojenja ................................................ 138
3. TRIGENERACIJA ........................................................................................................ 139
4. MIKROKOGENERACIJA ............................................................................................ 140
4.1. Motori sa unutrašnjim izgaranjem ..................................................................... 141
4.2. Stirlingov motor ................................................................................................ 141
LITERATURA ..................................................................................................... 142
V
8. 2
1. UVOD
Energetika je privredna djelatnost koja se bavi proučavanjem i iskorištavanjem različitih
izvora energije te proizvodnjom električne energije. Elektrana je postrojenje za proizvodnju
električne energije koja se istovremeno troši na mjestu proizvodnje ili prenosi preko
elektroenergetske mreže do mjesta potrošnje.
Podjela elektrana:
· Termoelektrane – energetska postrojenja koja energiju dobivaju sagorijevanjem
fosilnih goriva (nafta, plin i ugljen);
· Nuklearne elektrane – energetska postrojenja koje dobivaju električnu energiju na
temelju oslobañanje toplinske energije pri cijepanju jezgre u reaktoru
· Vjetroelektrane – proizvode električnu energiju preko vjetrenjača koristeći
energiju vjetra
· Hidrelektrane – proizvode električnu energiju koristeći energiju vode
· Solarne termalne elektrane - izvori električne struje dobivene pretvorbom
Sunčeve energije u toplinsku
Centralizirani energetski objekti su energetska postrojenja koja proizvode električnu i
toplinsku energiju. U centralizirane energetske objekte ubrajaju se termoelektrane (na fosilna
goriva) i nuklearne elektrane. Centralizirani energetski objekti se često nazivaju centraliziranim
toplinskim sustavim (CTS).
2. CENTRALIZIRANI TOPLINSKI SUSTAVI
Centralizirani toplinski sustavi su efikasni sustavi korištenja energije primarnog goriva,
tj. prirodnog plina, derivata nafte, ugljena, otpada ili biomase za proizvodnju i opskrbu toplinske
energije vrele vode, odnosno vodene pare u većim naseljima, industrijskim centrima i
gradovima. Centralizirani toplinski sustav je sustav opskrbe toplinom proizvedenom centralno i
distribuiranom putem vrelovodne ili parovodne mreže. Iskorištavanje primarnog goriva u takvim
sustavima u slučajevima kada se istovremeno proizvodi toplinska i električna energija dostiže
razinu i 90 % uz vrlo nizak negativni utjecaj na okoliš. Centralni toplinski sustavi obuhvaćaju
grijanje stambenih, poslovnih i proizvodnih prostora.
9. 3
Centralizirani toplinski sustavi :
a) Topla voda (vrelovodi) za potrebe grijanja i sanitarne vode
b) Tehnološka para (parovodi) za potrebe industrije
Proizvodnja tople vode i pare:
a) Termoelektrane-toplane, u spojnom procesu gdje se istovremeno proizvodi
električna energija i toplinska energija
b) Autonomne jedinice: vrelovodne i parne kotlovnice
c) Kombinacija: TE-TO + nekoliko autonomnih jedinica (koje uglavnom služe za
pokrivanje vršne potrošnje)
Veliki centralizirani toplinski sustavi, u kojima se redovito nalazi bar jedna TE-TO, su
ograničeni na veće gradove. Zbog velikih gubitaka topline, nema mogućnosti transporta topline
na veće udaljenosti (izmeñu gradova). Zbog toga se radi isključivo o distributivnoj toplovodnoj i
parovodnoj mreži.
Ono što treba istaknuti jest da u CTS-ima za opskrbu kućanstava i usluga postoji
mogućnost izgradnje suproizvodnih jedinica i akumulatora topline koji bi mogli unaprijediti
ekonomsku učinkovitost kako toplinskog tako i cijelog energetskog sustava.
2.1. Obilježja centraliziranih toplinskih sustava
Glavne značajke centraliziranih toplinskih sustava su:
· jednostavna upotreba, transport, skladištenje i zaštita od opasnih goriva;
· mogućnost iskorištavanja odbačene topline iz velikog broja različitih izvora;
· visoki stupnjevi djelovanja proizvodnje ogrjevne topline (učinkovitije korištene
energije uz manje nepovoljne utjecaje na okoliš) pogotovo uz kogeneracijsku
proizvodnju;
· značajno smanjenje prostora za kućanske ogrjevne ureñaje;
· visoki komfor stanovanja i opća jednostavnost i ugodnost upotrebe topline.
Opskrba toplinskom energijom većih dijelova grada obično je putem centraliziranog
toplinskog sustava iz elektrana-toplana kao što je to, primjerice, u Zagrebu, Osijeku i Sisku, dok
centralizirani toplinski sustav iz lokalnih mini-toplana ili blok kotlovnica opskrbljuje pojedina
gradska naselja u gotovo svim većim hrvatskim gradovima.
10. U Hrvatskoj kućanstva troše oko 30% ukupne primarne energije, od čega značajan dio
4
otpada na grijanje i pripremu potrošne tople vode.
Ukupna instalirana toplinska snaga proizvodnih jedinica u centraliziranim toplinskim
sustavima (CTS) u Republici Hrvatskoj iznosi oko 1,8 GJ/s. Velik dio proizvodnih kapaciteta je
zastarjele tehnologije pa zato postoje znatne mogućnosti povećanja energetske učinkovitosti.
Oko 10% od ukupnog broja kućanstava u RH priključeno je na CTS, a ukupni broj korisnika je
oko 151 000. U ukupnoj neposrednoj potrošnji energije za grijanje i potrošnu toplu vodu kod
kućanstava i usluga CTS sudjeluje s 12%.
2.2. Kuen-CTS
Program energetske efikasnosti centraliziranih toplinskih sustava - KUEN-CTS je
nacionalni energetski program Republike Hrvatske, s kojim se nastoji smanjiti potrošnja i
povećati energetska i ekonomska efikasnost korištenja energije u stambenim objektima koji
toplinsku energiju tople vode iz centraliziranih toplinskih sustava (CTS) koriste za grijanje
prostora i pripremu tople sanitarne vode.
KUEN-CTS ima cilj omogućiti smanjenje gubitaka i racionalizaciju proizvodnje,
transporta, distribucije i potrošnje toplinske energije.
Temeljni ciljevi progama KUEN-CTS su :
1. smanjenje potrošnje i troškova za energiju, odnosno povećanje energetske i
ekonomske efikasnosti korištenja energiju u sustavu CTS-a;
2. uvoñenje novih tehnologija izgradnje, nadzora, regulacije, mjerenja i optimiranja
proizvodnih postrojenja i procesa proizvodnje, kapaciteta za transport i distribuciju
toplinske energije;
3. smanjenje gubitka toplinske energije, korištenje otpadne topline, stabilna, sigurna,
kvalitetna i jeftina opskrba toplinskom energijom, viši komfor stanovanja, te zaštita
okoliša;
4. uspostavljanje sustava efikasnog marketinga i obrazovanja, kao elemenata strateško
odgovornog odnosa proizvoñača (isporučitelja) i potrošača utemeljenog na novom
povjerenju izmeñu proizvoñača i potrošača;
5. uspostavljanje sustava uvježbavanja i obrazovanja pogonskog osoblja da bi se
osiguralo ispravno i optimalno korištenje i pogon opreme i postrojenja;
11. 6. uspostavljanje i provedba informiranja i uvježbavanja krajnjih korisnika da bi im se
omogućio nadzor potrošnje, te da bi s razumijevanjem i motivacijom djelatno
sudjelovati u štednji energije, a time i novca.
5
3. PODJELA TEHNOLOGIJE CTS-A
3.1. Termoelektrane
Termoelektrane su energetska postrojenja koje energiju električnu dobivaju
sagorijevanjem fosilnih goriva, kao što su ugljen, plin i nafta, a glavna primjena i svrha
termoenergetskih postrojenja je proizvodnja pare koja će pokretati turbinu, a potom i generator
električne energije.
Osnovna namjena im je proizvodnja i transformacija primarnih oblika energije u koristan
rad, koji se kasnije u obliku mehaničke energije dalje iskorištava za proizvodnju električne
energije. Mehanička energija je proizvedena uz pomoć toplinskog stroja koji transformira
toplinsku energiju. Imamo pretvaranje kemijske energije u toplinsku koja se pak različitim
procesima predaje nekom radnom mediju. Radni medij pak služi kao prijenosnik te energije,
često izgaranjem goriva, u energiju vrtnje.
Slika 1.1: Opći prikaz sastavnih dijelova termoelektrane
Opis slike:
Pri izgaranju goriva u kotlu nastaje toplina koja pretvara vodu u paru. Para se odvodi na
turbinu, ona pokreće generator, koji pretvara mehaničku energiju u električnu. Iz turbine para
putuje u kondenzator, gdje se pretvara u tekućinu i vraća se u kotao. Kondenzator se hladi
rashladnim tornjevima ili protočno, vodom iz rijeke.
12. 6
Slika 1.2: Pojednostavljen prikaz rada termoelektrane
Podjela termoelektrana prema vrsti pokretača:
Prema vrsti pokretača (stroj koji u slijedu energetske transformacije prvi pretvara bilo
koji oblik energije u mehaničku energiju) dijelimo ih na:
1. plinsko-turbinsko postrojenje (kružna postrojenja),
2. parna turbinska postrojenja ,
3. kombinirana postrojenja.
3.1.1. Plinsko - turbinsko termoelektrane
Plinsko-turbinsko postrojenje koristi dinamički pritisak od protoka plinova za direktno
upravljanje turbinom. Sam proces koji se dogaña u plinskoj turbini nije toliko različit od parne
turbine. Naravno različit je medij koji ekspandira, postupak dobivanja radnog medija je takoñer
drugačiji, no sam proces koji se dogaña u turbini je vrlo sličan. Razlika je ta što je pad entalpije u
plinskoj turbini mnogo manji te porast volumena veći.
Ukoliko želimo povećati stupanj iskoristivosti moramo povećati temperaturu medija koji
ulazi u turbinu. Tu se javlja problem hlañenja, pogotovo samihlopatica. Kako bismo ohladili
lopatice koristimo komprimirani zrak iz kondenzatora. Naravno dovoñenje zraka za hlañenje će
smanjiti i snagu postrojenja.
Današnji razvoj materijala nam je omogućio da i izborom materijal povećamo otpornost
na temperaturu. Za izradu lopatica se danas koriste visoko legirani materijali na bazi nikala koji
uspješno podnose više temperature. Naravno bez obzira na ova dostignuća na području
materijala moramo osigurati hlañenje lopatica.
U plinskim elektranama se mehanička energija pretvara u električnu pomoću plinskih
motora, koji se najčešće grade kao četverotaktni motori. Ove elektrane su obično u sustavu
metalurgijskih postrojenja radi iskorištenja plinova iz visokih peći ili u sustavu kosara i
13. postrojenja za dobivanje plinova radi iskorištenja plinova koji nastaju pri dobivanju koksa, zatim
za iskorištavanje zemnog plina itd. Ukoliko želimo povećati stupanj iskoristivosti moramo
povećati temperaturu medija koji ulazi u turbinu. Svako plinsko-turbinsko postrojenje sastoji se
od kompresora, komore za izgaranje i plinske turbine.
Princip rada:
Kompresor služi za stlačivanje zraka kojeg usisava iz okoliša te ga komprimira do nekog
zadanog tlaka, komprimirani zrak dovodi se do komore izgaranja gdje se grije uslijed izgaranja
goriva. Smjesa koja nastaje (zagrijani zrak i plinovi izgaranja) ekspandiraju u plinskoj turbini
gdje stvaraju moment koji se iskorištava u proizvodnji električne energije i pri radu kompresora.
7
Osnovne razlike izmeñu parnih i plinskih termoelektrana:
· parne termoelektrane imaju veći stupanj djelovanja (korisnost): ~40% parne,
25-30% plinske
· izgradnja parnih termoelektrana je skuplja (~2:1) i traje duže
· troškovi goriva po jedinici proizvedene el. energije redovito su manji za parne
termoelektrane, pogotovo ako se radi o termoelektranama na ugljen (~1:2)
· plinske termoelektrane imaju manje troškove pokretanja i zaustavljanja
· plinske termoelektrane brže ulaze u pogon i fleksibilnije su u radu: moguća je brža
promjena snage
· plinske termoelektrane su ekološki prihvatljivije: ispuštaju manje količine štetnih
plinova
· kod plinskih termoelektrana može se javiti problem opskrbe gorivom:
- u slučaju da se plin dovodi plinovodom, potrebni su dugoročni ugovori s
isporučiteljom (vrlo često samo jednim)
- u varijanti kad se koristi ukapljeni plin, ovog problema nema, ali su troškovi
(cijena plina) znatno veći
Prednost plinskih u odnosu na parne elektrane:
· izgradnja parnih termoelektrana ja skuplja i duže traje
· plinske elektrane imaju manje troškove pokretanja i zaustavljanja
· plinske elektrane brže ulaze u pogon i fleksibilnije su u radu : moguća je brža
promjena snage
· plinske elektrane su ekološki prihvatljivije
14. 8
Negativnosti plinskih elektrana :
· manji stupanj korisnosti (25-30%)
· veći troškovi po jedinici proizvedene električne energije
· može se javiti problem opskrbe gorivom
3.1.2. Parno –turbinsko postrojenje
Princip rada parnog - turbinskog postrojenja:
Proizvedena para uz pomoć topline, dobivena izgaranjem goriva, odvodi se u turbinu gdje
na razne načine ekspandira stvarajući moment koji pak služi za proizvodnu električne energije u
generatoru. Koristi dinamički pritisak generatora trošenjem vodene pare za okretanje lopatica
turbine. Najveći broj velikih termoelektrana je s parnim pogonom, kod kojih se uglavnom koriste
parne turbine (oko 80 % električne energije je proizvedeno korištenjem parnih turbina)
neposredno spojene sa generatorom (turbo-generator). U ovim elektranama toplina dobivena
sagorijevanjem goriva predaje se vodenoj pari koja u parnim turbinama proizvodi mehaničku
energiju, a koja se u generatoru pretvara u električnu energiju.
Prema drugom zakonu termodinamike sva toplinska energija ne može biti pretvorena u
mehaničku energiju, zato je toplina uvijek izgubljena u okolini. Ako je ovaj gubitak primijenjen
kao korisna toplina, za industrijske procese ili grijanje okoline, parno postrojenje se odnosi na
kogeneraciju parnog postrojenja. Klasično parno-turbinsko postrojenje zasniva se na
Rankinovom procesu poznatom iz termodinamike.
3.1.3. Kombinirano (kombi) postrojenje
Kombinirano postrojenje ima oboje: plinske turbine ložene prirodnim plinom, parni kotao
te parnu turbinu koja koristi iscrpljeni plin iz plinske turbine kako bi se proizveo elektricitet, tj.
to je ciklus koji se sastoji od plinsko-turbinskog i parno-turbinskog dijela. Glavne sastavnice su
naravno plinska i parna turbina.
Osnovna namjena ovakvih postrojenja je da se iskoristi toplina nastala na izlazu iz
plinske turbine. Pošto ispušni plinovi koji izlaze iz plinske turbine imaju izuzetno visoke
temperature, oko 600°C mogu se iskoristiti kao sredstvo koje će grijati vodu i proizvoditi vodenu
paru za parnu turbinu. Time povećavamo iskoristivost samog procesa pošto je toplina koju bi
inače izgubili iskorištena za daljnju proizvodnju pare.
15. Iskoristivost takvog postrojenja doseže i do 60%. U kombiniranom postrojenju
kompresor komprimira zrak i šalje ga u komoru izgaranja gdje se istovremeno dovodi gorivo za
izgaranje. Plinovi izgaranja vrlo visoke temperature vode se iz komore izgaranja u plinsku
turbinu, gdje ekspandiraju dajući koristan rad na vratilu spojenom na rotor plinske turbine.
Vratilo pokreće generator električne struje i proizvodi električnu energiju koja se šalje u mrežu.
Nakon ekspanzije, ispušni se plinovi iz plinske turbine vode u utilizator (generator pare na
otpadnu toplinu).
Jedna od vrlo dobrih karakteristika plinske turbine je ta što je kod nje prisutan vrlo visok
omjer zrak/gorivo budući se dodaje nekoliko puta više zraka zbog hlañenja lopatica plinske
turbine. Zbog toga na izlazu iz plinske turbine ostaje još dosta neiskorištenog zraka te se taj višak
zraka koristi za izgaranje dodatnog goriva u utilizatoru. U utilizatoru se napojna voda zagrijava
do isparavanja i pregrijava na zadane parametre. Pregrijana para odlazi iz generatora pare u
parnu turbinu gdje ekspandira i predaje mehanički rad generatoru električne struje. Nakon toga
para, sada već niskih parametara, odlazi u kondenzator gdje kondenzira. Nakon kondenzacije,
voda se napojnom pumpom vraća u utilizator na ponovno zagrijavanje.
Već je napomenuto da ovim principom povećavamo iskoristivost čitavog procesa. Razlog
pronalazimo u osnovama termodinamike. Temelje možemo vidjeti u temeljnom Carnotovom
procesu (izentropsko-izotermnom).
Princip je sljedeći: ukoliko su temperaturne razlike manje, manji je i prijenos topline.
Dakle nama je od izuzetne važnosti da je ta razlika temperatura „spremnika“ što veća. Naravno
idealni slučaj bi bio ukoliko bi temperatura radne tvari kod dovoñenja topline bila jednaka
temperaturi ogrjevnog spremnika, a temperatura radne tvari kod odvoñenja postane jednaka
temperaturi rashladnog spremnika. Tada govorimo o idealnom Carnotovom procesu. Znamo da
kod Carnotovog procesa iskoristivost ovisi samo o temperaturi, odnosno temperaturi toplinskih
spremnika te se nikakvim drugim varijablama ta iskoristivost ne može promijeniti.
9
16. 10
Slika 1.3 : Shematski prikaz kombi-procesa u termoelektrani
Dijelovi termoenergetskog postrojenja:
Generator pare, turbina, generator električne energije, kondenzator, kondenzatorska
pumpa, napojna pumpa, rashladni toranj te spremnik napojne vode te pregrijači pare,
meñupregrijači, ekonomajzeri i sl. (kao sastavni dio generatora pare).
a) Kompresori
Kompresori služe kod plinsko-turbinskih postrojenja, mlaznim motorima i sl. Kompresori
mogu biti radijalni ili aksijalni. Kod aksijalnih strujanje zraka vrši se u smjeru vratila, dok kod
radijalnih kompresora imamo radijalno strujanje na rotorsko kolo. Radijalni kompresori lakši su i
mnogo efikasniji nego aksijalni kompresori za manje kompresijske omjere. Kod većih
postrojenja koriste se aksijalni kompresori obzirom da su efikasniji (za veće kompresijske
omjere). Isto tako u zrakoplovstvu se koriste aksijalni kompresori zbog viših kompresorskih
omjera. Kompresor za rad koristi energiju nastalu zbog rada turbine obzirom da su turbina i
kompresor najčešće na istom vratilu. Komprimirani zrak s plinovima izgaranja tvori radni medij
koji ekspandira kasnije u turbini.
b) Komora izgaranja
Komora izgaranja sastoji se od dva cilindra. U prvom se odvija izgaranje prilikom čega se
razvijaju visoke temperature te se tako štiti vanjski cilindar od djelovanja zračenja topline.
17. Cilindri su meñusobno povezani te se izmeñu njih odvija prostrujavanje zraka. Za izgaranje se
dovodi 3-6 puta više zraka od teoretski potrebnog zbog sniženja maksimalnih temperatura.
Komore izgaranja trebaju osigurati: stabilno izgaranje u širokim granicama opterećenja,
jednoličnu raspodjelu temperatura dimnih plinova na izlazu iz komore izgaranja, da gubitak tlaka
u komori izgaranja bude što manji. U klasičnom plinsko-turbinskom postrojenju možemo imati
više komora izgaranja koje se slažu uzdužno, po obodu. Takvo slaganje koristimo kao bismo
smanjili dimenzije.
c) Kondenzator
Kondenzator je klasični izmjenjivač topline koji „vraća“ paru natrag u tekuće stanje,
nakon što ekspandira u turbini. Kondenzat se pumpama vraća natrag u proces. Tlak u klasičnom
kondenzatoru je izuzetno mali (podtlak – oko 0,045 bara). Pošto je kondenzator izmjenjivač
topline potrebno je osigurati i medij kojem će se ta topline predati kako bi se para ohladila do
temperature kondenzata. Upravo zbog toga su termoelektrane smještene na rijekama, moru ili uz
neki drugi vodeni izvor, kako bi se osigurao medij koji će preuzimati svu tu toplinu. Naravno
postoji mogućnost da termoelektrana radi dvofazno, odnosno kao i toplana. Tada se ta para može
odvoditi vrelovodima i služiti kao grijanje.
d) Generator pare
Za generator pare mogli bismo reći da čini središnji dio svake termoelektrane. Ukratko
generator pare, što mu i samo ime kaže, služi za proizvodnju pare s odreñenim parametrima
(temperature i tlaka) koja će se kasnije u turbini iskoristiti za proizvodnju električne energije.
3.2. Nuklearna elektrana
Nuklearne elektrane mogu se smatrati i kao podvrsta termoelektrana, budući da je
osnovna funkcionalna razlika jedino u načinu dobivanja vodene pare. Toplinsku energiju
osigurava kontrolirana lančana reakcija nuklearnog goriva. Nuklearna elektrana je elektrana koja
kao izvor energije koristi toplinu dobivenu u nuklearnom reaktoru, a po svemu ostalom se ne
razlikuje bitno od termoelektrane koja koristi fosilno gorivo. Dobivanje električne energije u
nuklearnim elektranama temelji se na oslobañanju toplinske energije pri cijepanju jezgre u
reaktoru. Osloboñena je energija izvor za proizvodnju pare.
Nuklearne se elektrane razlikuju prema tipu nuklearnog reaktora od kojih je najčešći
reaktor hlañen i moderiran običnom vodom pod tlakom. Takva je i nuklearna elektrana Krško u
čijoj je izgradnji sudjelovala i Hrvatska.
11
18. 12
Slika 1.4: Okvirni prikaz sastavnih dijelova nuklearne elektrane
Princip rada
Nuklearne elektrane kao gorivo koriste izotop
urana U-235 koji je vrlo pogodan za fisiju. U prirodi se
može naći uran sa više od 99% U-238 i svega oko 0.7%
U-235. Dok U-238 apsorbira brze neutrone, U-235 se u
sudarima sa sporim neutronima raspada na vrlo
radioaktivne, fisijske produkte, a pri tom se oslobaña još
brzih neutrona (slika).
Usporavanjem tih brzih neutrona u sudarima s
molekulama teške vode, koja se pri tome zagrijava,
ostvaruje se lančana reakcija. Osloboñena toplina jest
toliko željena energija. U nuklearnim reaktorima se taj
proces dogaña cijelo vrijeme u strogo kontroliranim
uvjetima (izuzevši nekoliko trenutaka u Černobilu). Iako
urana u prirodi ima relativno puno (sto puta više od
srebra) izotopa U-235 ima malo. Zbog toga se provodi
postupak obogaćivanja urana.
Princip oslobañanja nuklearne
energije. Nekontrolirani proces se
zove atomska bomba, a
kontrolirani proces je nuklearni
reaktor.
U konačnoj upotrebljivoj fazi, nuklearno gorivo biti će u formi tableta dugih oko dva i
pol centimetra. Jedna takva tableta može dati otprilike istu količinu energije kao i jedna tona
ugljena. Energija koja se oslobaña sudaranjem neutrona sa uranom koristi se za zagrijavanje
vode. Ta voda (para) tada pokreče generator, a nakon toga treba je rashladiti i ponovo vratiti u
19. reaktor. Za to je potreban stalan i veliki protok vode oko jezgre reaktora. Na primjer nuklearna
elektrana Krško koristi rijeku Savu za hlañenje.
13
Slika 1.5: Shema osnovnih dijelova nuklearne elektrane
Osnovni dijelovi nuklearne elektrane su:
· Nuklearni reaktor – ureñaj u kojemu se održava kontrolirana nuklearna reakcija, a
proizvedena toplina se odgovarajućim prijenosnim medijem izvodi iz reaktora;
· Parogenerator – izmjenjivač topline u kojem rashladno sredstvo reaktora predaje
dio svoje toplinske energije vodi odnosno pari u sekundarnom krugu nuklearne
elektrane;
· Cirkulaciona crpka rashladnog sredstva reaktora omogućava cirkulaciju
rashladnog sredstva u primarnom krugu reaktora
· Tlačnik – održava potreban tlak i kompenzira promjene volumena rashladnog
sredstva uslijed promjene temperature
· Zaštitna posuda – služi za smještaj i zaštitu primarnog kruga NE i dijela
reaktorskog pomoćnog postrojenja
20. 14
Jezgru reaktora (tip PWR) čine:
· Gorivi elementi: cijevi od specijalnih legura ispunjene UO2
· Regulacijske i zaustavne šipke
· Moderator: ima funkciju usporavanja procesa fisije (neutrone)
· Rashladni fluid
· Konstrukcijski elementi
Nuklearne elektrane se obično dijele s obzirom na vrstu rashladnog sredstva
reaktora:
1. Reaktori hlañeni i moderirani običnom vodom pod tlakom, PWR (Pressurized
Water Reactor) – npr. NE Krško
2. Reaktori hlañeni i moderirani kipućom vodom, BWR (Boiling Water Reactor)
3. Reaktori hlañeni i moderirani teškom vodom, HWR (Heavy Water Reactor)
4. Reaktori hlañeni plinom i moderirani grafitom, GCR (Gas Cooled Reactor), AGR
(Advanced Gas Reaktor), HTGR (High Temperature Gas Reaktor)
5. Brzi oplodni reaktori hlañeni tekućim metalima, nemaju moderatora, LMFBR
(Liquid Metal Fast Breeder Reactor)
Značajke uporabe nuklearne energije:
· Električna energija proizvedena u nuklearnim elektranama jedna je od najjeftinijih
proizvedenih u nisko-ugljičnim tehnologijama;
· Pouzdanost proizvodnje električne energije iz nuklearnih elektrana vrlo je visoka,
primjerice za moderne nuklearne elektrane faktor nazivnog opterećenja iznad je
90%;
· Sigurnost rada modernih nuklearnih elektrana, uz primjenu sveobuhvatnog i
efikasnog regulatornog okvira, iznimno je visoka.
Komparacija smrtnih slučajeva po TWh proizvedene električne energije:
· broj najveća je smrtnost kod hidroelektrana (101 slučaj po TWh)
· termoelektrane na ugljen (39 slučajeva po TWh)
· termoelektrane na plin (10 slučajeva po TWh)
· NE (1 slučaj po TWh - uključujući i Černobilsku nesreću)
21. Reaktori u Černobilu ne mogu biti mjerodavni za procjenu sigurnosti ostalih tipova NE –
nisu grañeni uz poštivanje opće prihvaćenih kriterija sigurnosti, ali nisu ni temelj nuklearne
energetike ni u jednoj zemlji izvan zemalja bivšeg SSSR.
Slika 1.6: Usporedba neophodnih količina primarnih oblika energije za godišnju proizvodnju
15
električne energije u postrojenju snage 1 GW
Prednosti:
· PWR reaktori su vrlo stabilni zbog njihove tendencije proizvodnje manje snage
kako temperatura raste; ovo čini rad sa PWR reaktorima lakšim sa gledišta
stabilnosti;
· PWR reaktori mogu raditi sa jezgrom sa manje fisijskog nego što je potrebno za
kritičnu reakciju. Ovo svojstvo uvelike smanjuje šansu da će reaktor izmaći
kontroli, što ih čini relativno sigurnim od kritičnih nesreća. Zbog toga što koriste
obogaćeni uran kao gorivo PWR reaktori mogu raditi sa običnom vodom kao
moderatorom umjesto znatno skuplje teške vode;
· Primarni i sekundarni krug su odvojeni pa voda u sekundarnom krugu nije
onečišćena radioaktivnim tvar.
22. 16
Nedostatci:
· Visoki tlak rashladne vode zahtjeva čvršće cijevi i kućište reaktora, što povećava
troškove same konstrukcije;
· Visoki tlak može povećati posljedice curenja rashladne vode;
· Većina PWR reaktora ne mogu biti dopunjeni za vrijeme rada što smanjuje
vrijeme upotrebe reaktora a samim time i financijske gubitke;
· Prirodni uran sadrži samo 0.7% U-235 izotopa potrebnog za nuklearnu reakciju.
Zbog toga je potrebno umjetno obogaćivati uran, što poskupljuje samo gorivo.
Zbog toga što se koristi voda kao neutronski moderator nije moguće sagraditi brzi
neutronski reaktor u PWR izvedbi.
4. STANJE PRIMJENE U HRVATSKOJ
HEP Proizvodnja d.o.o. je društvo s ograničenom odgovornošću s ishoñenim dozvolama
za obavljanje dvije energetske djelatnosti: proizvodnju električne energije za tarifne kupce i
proizvodnju toplinske energije za centralne toplinske sustave gradova Zagreb, Osijek i Sisak.
HEP Proizvodnja proizvodi električnu energiju u 25 hidroelektrana organiziranih u tri
proizvodna područja (sjever,zapad i jug), u samostalnom pogonu HE Dubrovnik, te u 4
termoelektrane, a u tri termoelektrane-toplane se u spojenim proizvodnim procesima proizvodi
električna i toplinska energija.
23. 17
Tablica 1.1: Prikaz proizvodnje energije u Hrvatskoj
Raspoloživa snaga za proizvodnju:
Akumulacijske HE 1 308 MW
Protočne HE 421 MW
Reverzibilna HE 276/240 MW
Kondenzacijske TE 878 MW
Termoelektrane toplane
492 MW el + 788 MW t pare + 570
t/h tople vode
Ukupna snaga za:
proizvodnju električne energije 2 465 MWe
proizvodnu toplinske energije 788 MW t pare+ 570 t/h tople vode
Ukupna proizvodnja u 2007;
električna
energija
toplina
u vlastitim objektima HEP-a u RH 9 801 GWh 2 255 GWh
u TE Plomin 2 1 401 GWh
Prosječna ostvarena raspoloživost
elektrana:
94 %
U 2007. godini, hidroelektrane HEP Proizvodnje d.o.o. proizvele su 5.979 GWh, a
termoelektrane 3.860 GWh. HEP Proizvodnja d.o.o. u ime ispred HEP grupe ugovor o voñenju i
održavanju postrojenja TE Plomin 2, u kojem je proizvedeno 1.403 GWh.
Tablica 1.2: Prikaz TE u Hrvatskoj, njihovih snaga i pogonskih goriva
Termoelektrane
Raspoloživa snaga na
pragu (MW)
Gorivo
TE Sisak 396 loživo ulje / prirodni plin
TE-TO Zagreb 337 prirodni plin / loživo ulje
TE Rijeka 303 loživo ulje
TE Plomin 1 98 ugljen
EL-TO Zagreb 90 prirodni plin / loživo ulje
KTE Jertovac 83 prirodni plin / ekstralako ulje
TE-TO Osijek 90 loživo ulje / prirodni plin
TE Plomin 2* 192 ugljen
Ukupno: 1589
24. 18
Slika 1.7: Prikaz današnjih udjela pojedinih izvora za proizvodnju električne energije
5. TERMOELEKTRANE U HRVATSKOJ
5.1. Zagreb
Proizvodni kapaciteti toplinske energije u Zagrebu, u vlasništvu Hrvatske elektroprivrede
(HEP), smješteni su u dvije kogeneracijske elektrane, u Termoelektrani-toplani Zagreb (TE-TO
Zagreb) i u Elektrani-toplani Zagreb (EL-TO Zagreb), te u 61 kotlovnici. Jedinice za proizvodnju
topline u kogeneracijskim elektranama sastoje se od kogeneracijskih blokova, te parnih i
vrelovodnih kotlova. Pogon Posebne toplane proizvodi, prenosi i distribuira toplinu potrošačima
pomoću tople vode. Proizvodne jedinice nalaze se u 61 kotlovnici, s instaliranim toplovodnim
kotlovima, koji rade na 110/70°C ili 90/70°C temperaturnom režimu, a transport i distribucija se
vrši kroz 50 zasebnih toplovodnih mreža.
25. 19
a) TE-TO Zagreb
Opći podaci:
· položaj: Zagreb, Žitnjak
· tip elektrane: kogeneracijska (spojena) proizvodnja električne i toplinske
energije
· vrsta goriva:
o g1: prirodni plin ili spec. lako ulje za loženje
o g2: teško loživo ulje / plin
· ukupna snaga: 328 MWe / 740 MW t
· proizvod: električna i toplinska energija
Tablica 1.3: Prikaz proizvodnje TE-TO Zagreb
Godišnja proizvodnja Prosjek od 2002. u 2007.
Toplinska energija 3 213 060 GJ 3 452 964 GJ
Tehnološka para 248 872 t 233 775 t
Električna energija - prag 1 279 GWh 1577 GWh
b) EL-TO Zagreb
Opći podaci:
· položaj: Zagreb, Trešnjevka
· tip elektrane: kogeneracijska
· proizvodnja: električne i toplinske energije
· vrsta goriva:
o g1: prirodni plin
o g2: teško lož ulje / plin
· ukupne snaga: 86.8 MWe / 342,34 MW t +180 t/h
26. 20
Tablica 1.4: Prikaz proizvodnje EL-TO Zagreb
Godišnja proizvodnja prosječna 2001.-05. u 2007.
Toplinska energija 2.406.354 GJ 2.875.256 GJ
Tehnološka para 495.407 t 475.560 t
Električna energija - prag 382 GWh 357 GWh
5.2. Osijek
Proizvodne jedinice Pogona Osijek smještene su u jednoj kogeneracijskoj elektrani -
Termoelektrani-toplani Osijek (TE-TO Osijek) i jednoj toplani (Toplana). U pogon Osijek
takoñer ulazi i sistem od 3 blok kotlovnice.
Kogeneracijski blokovi smješteni su u TE-TO Osijek, dok se u Toplani nalaze parni i
vrelovodni kotlovi za pokrivanje vršnih opterećenja. Svi kotlovi u blok kotlovnicama su
toplovodni (110/70°C). Vrelovodni i parni potrošači koriste toplinu samo za grijanje, a potrošači
priključeni na blok kotlovnice i za pripremu potrošne tople vode.
TE-TO Osijek
Opći podaci:
· položaj: Osijek
· tip elektrane: kogeneracijska
· proizvodnja: električne i toplinske energije
· vrsta goriva:
o g1: prirodni plin / l.ulje
o g2: teško lož ulje / plin
· ukupna snaga: 89 MWe / 139 MW t +50 t/h
Tablica 1.5: Prikaz proizvodnje TE-TO Osijek
Godišnja proizvodnja prosječna od 1991. u 2007.
Toplinska energija 657 492 GJ 657 778 GJ
Tehnološka para 170 500 t 161 809 t
Električna energija - prag 192 GWh 124 GWh
27. 21
5.3. Sisak
Toplinarstvo Sisak d.o.o u vlastitoj energani na lokaciji Željezare Sisak proizvodi
toplinsku energiju u obliku vodene pare, a ostatak kupuje od INA Rafinerije Sisak. Prijenos
topline do naselja Caprag obavlja se parom koja se u tri glavne izmjenjivačke stanice unutar
naselja Caprag transformira u izmjenjivačima topline para/topla voda i distribuira do potrošača u
obliku tople vode.
Isti princip koristi se za opskrbu potrošača u naselju Brzaj samo što se toplina od
glavne toplinske stanice do potrošača distribuira pomoću vrele vode. Vezano uz poslovanje
sektora toplinarstva u Hrvatskoj, polovica od ukupnih troškova poslovanja otpada na troškove
goriva. Rast cijena energetskog goriva rezultirao je negativnim poslovnim rezultatom, jer nije
bilo automatizma u porastu cijena topline uzrokovanih porastom cijena goriva za proizvodnju te
topline.
TE Sisak
Opći podaci:.
· položaj: Sisak, Čret, četiri kilometra nizvodno od Siska na desnoj obali Save
· tip elektrane: kondenzacijska termoelektrana s dva bloka : svaki blok ima dva
parna kotla i po jednu parnu turbinu
· vrsta goriva: teško lož ulje, plin
· ukupna snaga: 420 MW (2x210 MW)
· vrste proizvoda: električna energija, tehnološka para
Tablica 1.6: Prikaz proizvodnje TE Sisak
Godišnja proizvodnja prosječna u 2007.
Tehnološka para
(15 bar, 300°C)
105 305 t
Električna energija - prag 1197 GWh 1206 GWh
28. 22
5.4. Rijeka
Termoelektrana Rijeka I najveći je pogon u elektro-gospodarstvu Primorsko goranske
županije. S instaliranim 320 MW snage (303 MW na izlazu), čini 62% ukupnog potencijala
Županije. Locirana na području Urinja u općini Kostrena, termoelektrana je iskoristila niz
lokacijskih prednosti, kao što su:
- jednostavno i ekonomično pretvaranje tekućeg goriva u električnu energiju te
prijenos te energije dalekovodima,
- blizina rafinerije osigurava opskrbu gorivom kratkim cjevovodom, pa su izbjegnute
poteškoće i troškovi transporta goriva,
- neograničene su količine morske vode za hlañenje, a mala visina pumapanja vode
smanjuje vlastitu potrošnju energije.
Po svojoj opremi i tehnologiji Termoelektrana Rijeka I je vodeća u Hrvatskoj. Zbog
relativno visoke cijene tekućih goriva i razvoja hrvatskog elektroenergetskog sistema,
Termoelektrana Rijeka I je koncipirana kao fleksibilan blok, s ulogom zadovoljavanja temeljne
energije i pokrivanja tzv. "srednjeg dijela dijagrama" u dnevnoj potrošnji elektroenergetskog
sistema.
Budući rad termoelektrane moguće je sagledati jedino kroz jedinstveni integralni
elektroenergetski sustav Hrvatske. Glavni pravci razvoja usmjereni su na revitalizaciju i
dogradnju kapaciteta. U tu svrhu unutar lokacije na Urinju pored dva postojeća rezervoara za
mazut kapaciteta 20. 000 tona izgrañen je i jedan novi kapaciteta 60.000 tona. Aktualni planovi
razvoja HEP-a ne sadrže povećenje kapaciteta ovog pogona niti njegovo širenje izvan granica
postojeće lokacije.
29. 23
Slika 1.8: Shema rashladnog sustava TE Rijeka
Opis rashladnog sustava:
Termoelektrana spada u kondenzacione i koristi morsku vodu kao rashladni medij.
Glavni rashladni sustav TE Rijeka spada u grupu jedno-prolaznih rashladnih sustava kod kojeg je
rashladni medij morska voda.
Njegova osnovna uloga je ukapljivanje vodene pare u kondenzatoru. Uz to, služi i za
hlañenje ostalih postrojenja u termoelektrani.
Rashladni sustav sastoji se od usisnih cjevovoda, usisnog bazena sa ureñajima za
pročišćavanje, dvije glavne pumpe morske vode, tlačnog cjevovoda do kondenzatora,
kondenzatora, odvodnog cjevovoda od kondenzatora do ispusta i izlazne grañevine. Morska voda
kroz dvije usisne cijevi ulazi u usisni bazen u kojem se iz vode filtriranjem odstranjuju krupna
onečišćenja. Zatim se pomoću dvije pumpe tlači kroz zajednički vod do kondenzatora pare i
nakon prolaska kroz kondenzator vodi do vodoispusnog bazena gdje se ispušta u more. Manji dio
vode iz tlačnog dijela rashladnog sustava prolazi kroz rashladnike zatvorenog ciklusa koji je
sekundarni sustav hlañenja.
Na rashladni sustav priključen je vakuum sustav koji pored osnovne funkcije održanja
niskog apsolutnog tlaka na parnoj strani kondenzatora ima zadatak održavanje nužne
piezometričke visine, odnosno sifonskog efekta u rashladnom sustav.
30. 24
TE Rijeka
Opći podaci:
· položaj: jugoistočno od Rijeke, na morskoj obali
· tip elektrane: regulacijska kondenzacijska, kotao i jedna parna turbina
· vrsta goriva: teško loživo ulje
· ukupna snaga: 320 MW
· vrste proizvoda: električna energija
· godina izgradnje: 1974.-1978
32. 26
1. UVOD
Energetika kao bitna infrastrukturna djelatnost osnovna je pretpostavka razvitka
gospodarstva. Decentraliziranim energetskim sustavima ( DES) s uporabom fosilnih i
obnovljivih izvora energije, te planiranju optimalne dobave toplinske i rashladne energije
posvetit će se posebna pozornost, a sve radi smanjenja potrošnje fosilnih goriva i poticanja
gospodarskog razvitka uz potpunu i održivu primjenu lokalnih resursa. Pod širokim pojmom
decentralizirani energetski sustavi (DESi) obuhvaćeni su svi sustavi, postrojenja i ureñaji za
konverziju energije, koji nisu pod izravnom kontrolom Centralnog energetskog sustav, već
predstavljaju nezavisne izvore energije za individualne i lokalne, stambene i gospodarske
potrebe. Kod decentraliziranog energetskog sustava transformacija energije je decentralizirana:
približena grupi potrošača ili locirana kod potrošača, te točno usklañena s dinamikom njihovih
potreba. Tu energetsku transformaciju obavlja sam potrošač pa transport energije nije potreban.
Decentralizirani energetski sustavi (DESi) s uporabom fosilnih i obnovljivih izvora
zadovoljavaju sve aspekte općenito prihvaćenog civiliziranog odnosa prema energiji, a
komplementarni su Centralnom energetskom sustavu, nadopunjavajući ga i olakšavajući mu
izvršenje njegova osnovnog zadatka, a to je sigurna dobava jeftinije energije na svakom dijelu
državnog teritorija.
Male kogeneracije u industriji, javnim zgradama, hotelijersko-rekreacijskim
kompleksima, komunalnim energanama i sl. tipični su primjer decentraliziranih energetskih
sustava, koji koriste kvalitetna fosilna goriva.
Spalionice komunalnog i industrijskog otpada, te biomase, vjetroelektrane, geotermalne
energane, male hidroelektrane, sunčevi apsorberi za proizvodnju tople vode, krovni fotonaponski
paneli i sl. tipični su primjer DES-a s uporabom obnovljivih energetskih izvora.
Proces decentralizacije energetske opskrbe, intenzivno primjenjivan i aktualan u svijetu
posljednjih desetak godina, nije nipošto novi koncept energetske opskrbe, već predstavlja
povratak počecima proizvodnje električne energije i svih drugih potrebnih oblika energije na
jednom mjestu, odnosno početku dvadesetog stoljeća. Tada je decentralizirana istodobna
proizvodnja električne, toplinske i rashladne energije - kogeneracija i trigeneracija bila široko
zastupljena u industriji, no zakonska regulativa i niže cijene kupljene negoli proizvedene
električne energije intenzivirale su proces centralizacije proizvodnje električne energije.
Unatoč tome, zbog primjena u elektroindustriji te temeljem zbog napretka tehnologije,
tržište malih kogeneracijskih postrojenja evoluira i to naročito u procesnoj industriji, gdje su
prosječne instalirane snage postrojenje veće od 10-30 MW, u šumarstvu i industriji gdje se kao
pogonsko gorivo koristi biomasa, energetskom sustavima koji osiguravaju toplinsku i rashladnu
33. energiju za mrežu od više objekata, malim industrijskim sustavima gdje se kogeneracijom
poboljšava stupanj iskorištavanja u odnosu na samu proizvodnju tehnološke pare i postiže
povećanje kapaciteta, rezidencijalnim sustavima za jedno ili više domaćinstava potrebne
instalirane snage od 10 kW do 300 kW ( primjena u rezidencijalnom sektoru, mikrokogeneracije,
najraširenija je u Japanu i SAD-u uz primjenu mikroturbina i malih plinskih motora).
27
2. OSNOVNE ZNAČAJKE DES-a
· transformacija energije je decentralizirana: približena grupi potrošača ili locirana
kod potrošača i usklañena s njihovim potrebama (industrijski pogoni, javni
objekti, rekreacijski i turistički kompleksi, otočne i komunalne energane);
· koriste se visokokvalitetna fosilna goriva (prirodni ukapljeni plin, dizelsko
gorivo), ali i obnovljivi izvori energije (sunce, vjetar, biomasa, geotermalni izvori,
bioplin, tehnološki plinovi);
· otpadaju ili se bitno smanjuju gubici i troškovi prijenosa energije do mjesta
potrošnje;
· u mnogim slučajevima (uglavnom kod obnovljivih izvora) otpadaju i troškovi
dobave primarnih energenata;
· zahvaljujući usavršenosti opreme za konverziju energije postiže se visoki stupanj
djelovanja i ekonomičnosti i kod jedinica malih snaga;
· ne zahtijevanju velika kapitalna ulaganja, a vrlo često je i povrat kapitala iznimno
brz, što je vrlo povoljno i za domače ulagače i za ulaganja hrvatske dijaspore;
· omogućuju disperziju visokostručnih kadrova (lokalno izvan glavnih centara);
· prikladni su za zajednička ulaganja privatnog i javnog sektora (Public Private
Partnershop- PPP);
· odgovaraju energetskoj i prostornoj strategiji razvitka primjerice Hrvatske,
integralnom planiranju regionalnih resursa, nacionalnom ekološkom programu,
malom i obiteljskom gospodarstvu, te programu energetske efikasnosti;
· nadomještavaju i podupiru CES u teško pristupačnim i energetski ekstenzivnim
područjima (udaljeni otoci, nepristupačna planinska područja);
· prihvatljivi su za potrošače, uglavnom otpada problem lokacije, ali znatno ovisi o
umreženom plinu, distributivnom lancu tekućih goriva i ukapljenom plinu, ali i o
potpori centralnog EES-a;
34. · u područjima veće energetske gustoće prikladni su za centralizirano grijanje
odnosno hlañenje i opskrbu električnom energijom uz procesorsko upravljanje i
individualno mjerenje potrošnje.
28
3. PODJELA TEHNOLOGIJE DES-A
3.1. Obnovljivi izvori energije
Obnovljive izvore energije možemo podijeliti u dvije glavne kategorije: tradicionalne
obnovljive izvore energije poput biomase i velikih hidroelektrana, te na takozvane "nove
obnovljive izvore energije" poput energije Sunca, energije vjetra, geotermalne energije itd. Iz
obnovljivih izvora energije dobiva se 18% ukupne svjetske energije (2006), ali je većina od toga
energija dobivena tradicionalnim iskorištavanjem biomase za kuhanje i grijanje - 13 od 18%. Od
velikih hidroelektrana dobiva se dodatnih 3% energije. Prema tome, kad izuzmemo tradicionalne
obnovljive izvore energije jednostavno je uračunati da takozvani "novi izvori energije"
proizvode samo 2,4% ukupne svjetske energije. 1,3% otpada na instalacije za grijanje vode,
0,8% na proizvodnju električne energije i 0,3% na biogoriva
(www.izvorienergije.com/obnovljivi_izvori_energije.html). Taj udio u budućnosti treba znatno
povećati jer neobnovljivih izvora energije ima sve manje, a i njihov štetni utjecaj sve je izraženiji
u zadnjih nekoliko desetljeća. Sunce isporučuje Zemlji 15 tisuća puta više energije nego što
čovječanstvo u sadašnjoj fazi uspijeva potrošiti, ali usprkos tome neki ljudi na Zemlji se
smrzavaju. Iz toga se vidi da se obnovljivi izvori mogu i moraju početi bolje iskorištavati i da ne
trebamo brinuti za energiju nakon fosilnih goriva.
3.1.1. Energija vjetra - vjetroelektrane
Iskorištavanje energije vjetra je najbrže rastući segment proizvodnje energije iz
obnovljivih izvora. U zadnjih nekoliko godina turbine na vjetar znatno su poboljšane. Najbolji
primjer je njemačko tržište turbina na kojemu se prosječna snaga od 470 kW (1995.) povećala na
1280 kW (2001.). Ovo povećanje snage postiglo se odgovarajućim povećanjem veličine turbina
gonjenih vjetrom. Trenutno su u razvoju turbine koje će moći generirati snagu izmeñu 3 i 5 MW.
Neki proizvoñači već su predstavili svoje prototipove u tom razredu snage.
Osim naziva vjetroelektrane, koristimo i nazive vjetrenjače, vjetrogenerator, električne
turbine na vjetar i slično.
35. Zbog početne ekonomske neisplativosti i nestalnosti vjetra, instalacija vjetrenjača je
privilegija koju si mogu priuštiti samo bogate zemlje. Trenutno je cijena vjetrenjače veća od
cijene termoelektrana po MW instalirane snage, ali razvojem tehnologije ta cijena je sve manja.
29
Slika 2.1: Trenutni trend instaliranja vjetroelektrana u svijetu
Njemačka je trenutni lider u proizvodnji električne energije iz vjetra i predstavlja više od
jedne trećine ukupno instalirane snage vjetroelektrana u svijetu. U Španjolskoj, Danskoj i Italiji
takoñer raste instalirani kapacitet. U Hrvatskoj za sada nema većih dosega na tom području.
Studije su pokazale da kod nas instaliranje generatora na vjetar ne bi bilo isplativo čak ni
na nekim otocima gdje vjetar puše skoro cijelu godinu. Unatoč tome izgrañeno je polje
vjetrenjača na otoku Pagu, Pag-Ravna1 (2005.) snage 5,95 MW, te polje vjetrenjača kod
Šibenika, Trtar-Krtolin (2006.) snage 11,2 MW. Naizgled, pozicija je idealna za vjetrenjače jer
većina ljudi odmah pomisli na senjsku buru u podvelebitskom kanalu, ali ta bura koja kadkada
puše i preko 150 km/h nije dobra za generiranje struje jer takav vjetar može jedino razbiti
vjetrenjaču. Povaljan vjetar je onaj koji je umjeren i stalan, a takav je npr. mestral koji puše ljeti
s mora na kopno.
Energija vjetra je transformirani oblik sunčeve energije. Sunce neravnomjerno zagrijava
različite dijelove Zemlje i to rezultira različitim tlakovima zraka, a vjetar nastaje zbog težnje za
izjednačavanjem tlakova zraka. Postoje djelovi Zemlje na kojima puše tzv. stalni (planetarni)
vjetrovi i na tim područjima je iskorištavanje energije vjetra najisplativije. Dobre pozicije su
obale oceana i pučina mora. Pučina se ističe kao najbolja pozicija zbog stalnosti vjetrova, ali
cijene instalacije i transporta energije koče takvu eksplotaciju.
36. Kod pretvorbe kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju (okretanje osovine
generatora) iskorištava se samo razlika brzine vjetra na ulazu i na izlazu. Albert Betz, njemački
fizičar dao je još davne 1919. godine zakon energije vjetra. Njime je dan kvalitetan aspekt znanja
iz mogućnosti iskorištavanja energije vjetra i turbina na vjetar. Njegov zakon kaže da možemo
pretvoriti manje od 16/27 ili 59% kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju pomoću turbine
na vjetar. 59% predstavlja teoretski maksimum, ali u praksi se može pretvoriti izmeñu 35% i
45% energije vjetra.
30
Slika 2.2: Princip pretvorbe i način priključivanja vjetrenjače na električnu mreži
Za mjeru ove energije upotrebljavamo termin kilovat sat (kWh) ili megavat sat (MWh)
tokom odreñenog vremena: jednog sata, jedne godine. Vjetrovne turbine maksimalno rade 75%
sati od ukupnog broja sati tokom godine: 8760 sati. Meñutim, koliko električne energije turbine
mogu proizvesti ovisno o distribuciji brzine vjetra za svaku turbinu posebno.
Vjetroelektrane povećavaju pouzdanost opskrbe električnom energijom decentraliziranih
energetskih sustava te se na taj način smanjuje ovisnost o centraliziranim energetskim sustavima,
a ujedno se povećava postotak korištenja energije iz obnovljivih izvora.
Kao dobre strane iskorištavanja energije vjetra ističu se:
· borba protiv globalnog zagrijavanja, Kyoto protokol;
· vjetroelektrane su energetska postrojenja bez štetnih emisija;
· smanjuje se nacionalna ovisnost o uvozu fosilnih goriva;
37. · vjetar je obnovljivi izvor energije s velikim potencijalom, besplatan je, dostupan
31
je svima i ne može se potrošiti;
· pridonosi ukupnom gospodarskom rastu, razvojudomaće industrije i uključivanje
domaćih tvrtki u razvoj i zapošljavanje;
· brza i lagana montaža/demontaža cijelog postrojenja beznegativnog utjecaja na
kvalitetu okoliša.
Loše strane su visoki troškovi izgradnje i promjenjivost brzine vjetra (ne može se
garantirati isporučivanje energije). Buka koju stvaraju predstavlja jedan od ključnih problema, te
zbog toga dolazi do promjene u životinjskom svijetu toga područja.
U cilju stvaranja uvjeta za gospodarsko korištenje energije vjetra Vlada Republike
Hrvatske pokrenula je nacionalni energetski program ENWIND. Odabrani su demonstracijski
pilot-projekti koji trebaju potvrditi opravdanost ulaganja te pridonijeti stvaranju slike tipičnog
hodograma kroz projekte u specifično hrvatskim okolnostima. Temeljem dostupnih
meteoroloških podloga, prostorne raspoloživosti, zaštite okoliša te niza drugih kriterija odabrano
je 29 makro-područja pogodnih za korištenje energije vjetra, unutar kojih su preliminarno
izdvojene mikro-lokacije te je za odabrane vjetroelektrane, raspoložive na komercijalnom tržištu,
simulacijom ocijenjena moguća proizvodnja električne energije iz energije vjetra. Za 29 lokacija
hrvatske obale i otoka procijenjeno je da je moguće instalirati minimalno oko 370 MW
vjetroelektrana s godišnjom proizvodnjom od oko 800 GWh/god., ako se koriste vjetroelektrane
klase 750 kW.
Za domaćinstva vrlo su interesantne male vjetrenjače snage do nekoliko desetaka kW.
One se mogu koristiti kao dodatni izvor energije ili kao primarni izvor energije u udaljenim
područjima. Kada se koriste kao primarni izvor energije nužno im se dodaju baterije
(akumulatori) u kojima se energija sprema kada se generira više od potrošnje. Velike vjetrenjače
često se instaliraju u park vjetrenjača i preko transformatora spajaju na električnu mrežu.
38. 32
Slika 2.3: Shema postrojenja za iskorištavanje energije vjetra s vodoravnom osi vrtnje
Osnovni dijelovi vjetroturbine: rotor vjetroturbine, vratila s prijenosnikom, električni
generator i ostali dijelovi električnog sustava (spoj na mrežu, nužno napajanje i sl), regulacijski
sustavi (aerodinamičko i zračno kočenje, zakretanje kućišta, nadzor i komunikacije itd), stup,
temelj.
3.1.2. Energija sunca
Sunce je nama najbliža zvijezda te, neposredno i posredno, izvor gotovo sve raspoložive
energije na Zemlji. Sunčeva energija potječe od nuklearnih reakcija u njegovom središtu, gdje
temperatura doseže 15 milijuna °C. Radi se o fuziji, kod koje spajanjem vodikavih atoma nastaje
helij, uz oslobañanje velike količine energije. Svake sekunde na ovaj način u helij prelazi oko
600 milijuna tona vodika, pri čemu se masa od nekih 4 milijuna tona vodika pretvori u energiju.
Ova se energija u vidu svjetlosti i topline širi u svemir pa tako jedan njezin mali dio dolazi i do
Zemlje. Iako je sunčeva energija uzročnik većine izvora energije, u nastavki ću se koncentrirati
na direktno iskorištavanje sunčeve energije.
39. Pod optimalnim uvjetima, na površini Zemlje može se dobiti 1 kW/m2, a stvarana
33
vrijednost ovisi o lokaciji, godišnjem dobu, dobu dana, vremenskim uvjetima itd.
U Hrvatskoj je prosječna vrijednost dnevne insolacije na horizontalnu plohu 3-4.5
kWh/m2. Osnovni problemi iskorištavanja su mala gustoća energetskog toka, velike oscilacije
intenziteta zračenja i veliki investicijski troškovi.
Dobre strane korištenja sunčeve energije:
· značajno smanjenje ovisnosti o uvoznoj energiji te «preusmjerenje» energije, koja
bi bila potrošena na zagrijavanje PTV, u druge korisne oblike pretvorbe,
· OIE su klasično decentralizirani izvori energije koji doprinose sigurnosti
elektroenergetskog sustava,
· analize i iskustva iz prakse zemalja s uspješnim razvojem OIE (Španjolska,
Njemačka, Danska) pokazuju da OIE pridonose bržem razvoju lokalnih područja i
većem zapošljavanju nego u slučaju neobnovljivih izvora i manjem ekološkom
onečišćenju,
· zadovoljenje uvjeta EU i Kyoto protokola.
Osnovni principi direktnog iskorištavanja energije Sunca su:
· solarni kolektori- pripremanje vruče vode i zagrijavanje prostorija
· fotonaponske čelije- direktna pretvorba sunčeve energije u električnu energiju
· fokusiranje sunčeve energije- upotreba u velikim energetskim postrojenjima
Solarni kolektori
U njima se sunčeva energija pretvara u toplinsku energiju vode (ili neke druge tekućine).
Sistemi za grijanje vode mogu biti ili otvoreni, u kojima voda koju treba zagrijati prolazi
direktno kroz kolektor na krovu ili zatvoreni, u kojima su kolektori popunjeni tekućinom koja se
ne smrzava. Zatvoreni sustavi mogu se koristiti bilo gdje, čak i kod vanjskih temperatura ispod
nule.
Fotonaponske ćelije
Predstavljaju poluvodičke elemente koji direktno pretvaraju električnu energiju sunčeva
zračenja u električnu energiju. Efikasnost im je od 10% za jeftinije izvedbe s amorfnim silicijem,
do 25% za skuplje izvedbe. Za sada su još uvijek nerentabilni zbog previsoke cijene.
40. Fotonaponske ćelije mogu se koristiti kao samostalni izvor energije ili kao dodatni izvor
energije. Kao samostalni izvor energije koristi se npr. na satelitima, cestovnim znakovima,
kalkulatorima i udaljenim objektima koji zahtijevaju dugotrajni izvor energije. U svemiru je i
snaga sunčeva zračenja puno veća jer Zemljina atmosfera apsorbira veliki dio zračenja pa je i
dobivena energija veća. Kao dodatni izvori energije fotonaponske ćelije mogu se na primjer
priključiti na električnu mrežu, ali za sada je to neisplativo.
34
Slika 2.4: Shema fotonaponskih čelija
Fotonaponski efekt počeo je 1839. godine promatrati Henri Becquerel i na početku
dvadesetog stoljeća bio je predmetom mnogih istraživanja.
U Europskoj Uniji trenutno je 40% godišnji rast instalirane snage fotonaponskih ćelija.
To se naizgled čini kao velik rast, ali u biti radi se o vrlo malim količinama, pa rast od 40% ne
utječe posebno na ukupnu zastupljenost takvih izvora energije.
Fokusiranje sunčeve energije
Fokusiranje sunčeve energije upotrebljava se za pogon velikih generatora ili toplinskih
pogona. Fokusiranje se postiže pomoći mnogo leća ili češće pomoću zrcala složenih u tanjur ili
konfiguraciju tornja.
"Power tower" konfiguracije koriste kompjuterski kontrolirano polje zrcala za
fokusiranje sunčevog zračenja na centralni toranj, koji onda pokreče glavni generator. Do sada su
napravljeni demonstracijski sistemi koji imaju izlaznu snagu i iznad 10 MW. Ti novi sustavi
imaju i mogućnost rada preko noći i u lošem vremenu tako da spremaju vruću tekućinu u vrlo
efikasni spremnik (neka vrsta termo boce).
41. "Dish" sistemi prate kretanje Sunca i na taj način fokusiraju sunčevo zračenje.
Postoji još i "Trough" sistem fokusiranja sunčeva zračenja, koji može biti vrlo efikasan.
Takve elektrane mogu biti vrlo jake: u Kaliforniji je instalirana elektrana snage 354 MW. Kada
nema dovoljno energije od Sunca, sistemi koji fokusiraju sunčevo zračenje mogu se bez većih
problema prebaciti na prirodni plin ili neki drugi izvor energije. To je moguće jer Sunce
koristimo za grijanje tekućine, a kad nema sunca zagrijemo tekućinu ne neki drugi način.
Problem kod fokusiranja je veliki potrebni prostor za elektranu, ali to se rješava tako da se
elektrana radi npr. u pustinji. U pustinjama je ionako snaga sunčeva zračenja najizraženija.
Veliki problem je i cijena zrcala i sustava za fokusiranje.
35
Slika 2.5: "Power Tower" konfiguracija Slika 2.6: "Dish" sistem fokusiranja
3.1.3. Energija vode - hidropotencijal
Energija vode (hidroenergija) je najznačajniji obnovljivi izvor energije, a ujedno i jedini
koji je ekonomski konkurentan fosilnim gorivima i nuklearnoj energiji. U posljednjih 30-ak
godina proizvodnja energije u hidroelektranama je utrostručena, ali je time udio hidroenergije
povećan za samo 50% (sa 2.2% na 3.3%). Korištenje hidroenergije ima svoja ograničenja. Ne
može se koristiti posvuda jer podrazumijeva obilje brzo tekuće vode, a poželjno je i da je ima
dovoljno cijele godine, jer se električna struja ne može jeftino uskladištiti. Da bi se poništio
utjecaj oscilacija vodostaja grade se brane i akumulacijska jezera. To znatno diže cijenu cijele
elektrane, a i diže se razina podzemnih voda u okolici akumulacije. Razina podzemnih voda ima
dosta utjecaja na biljni i životinjski svijet, pa prema tome hidroenergija nije sasvim bezopasna za
okoliš. Veliki problem kod akumuliranja vode je i zaštita od potresa.
Procjenjuje se da je iskorišteno oko 25 % svjetskog hidroenergetskog potencijala. Većina
neiskorištenog potencijala nalazi se u nerazvijenim zemljama, što je povoljno jer se u njima
42. očekuje znatan porast potrošnje energije. Najveći projekti, planirani ili započeti, odnose se na
Kinu, Indiju, Maleziju, Vijetnam, Brazil, Peru... Rastuća potreba za energijom pri tome često
preteže nad brigom o utjecajima na okoliš, a dimenzije nekih zahvata nameću dojam da je
njihovo izvoñenje ne samo stvar energije nego i prestiža.
Postoje tri osnovne vrste hidroelektrana: protočne, akumulacijske i reverzibilne
36
hidroelektrane.
Po definiciji protočne hidroelektrane su one koje nemaju uzvodnu akumulaciju ili se
njihova akumulacija može isprazniti za manje od dva sata rada kod nazivne snage. To znači da se
skoro direktno koristi kinetička energije vode za pokretanje turbina. Takve hidroelektrane je
najjednostavnije izvesti, ali su vrlo ovisne o trenutnom protoku vode. Prednost takve izvedbe je
vrlo mali utjecaj na okoliš i nema dizanja razine podzemnih voda.
Glavni dijelovi akumulacijske elektrane su: akumulacija, brana, zahvat, gravitacijski
dovod, vodna komora, zasunska komora, tlačni cjevovod, strojarnica i odvod vode. Postoje dvije
izvedbe akumulacijskih hidroelektrana: pribranska i derivacijska. Pribranska se nalazi ispod
same brane, a derivacijska je smještena puno niže od brane i cjevovodima je spojena na
akumulaciju. Akumulacijske hidroelektrane su najčešći način dobivanja električne energije iz
energije vode. Problemi nastaju u ljetnim mjesecima kad prirodni dotok postane premali za
funkcioniranje elektrane. U tom slučaju se brana mora zatvoriti i potrebno je održavati bar razinu
vode koja je biološki minimum.
a) Energija valova
Oblik je kinetičke energije koja postoji u kretanju valova u oceanu, a kretanje valova
uzrokuje puhanje vjetrova po površini oceana. Ta energija može biti iskorištena da pokrene
turbine, te postoji dosta mjesta gdje su vjetrovi dovoljno snažni da proizvedu stalno kretanje
valova. Ogromne količine energije kriju se u energiji valova te joj to daje ogromni energetski
potencijal. Energija valova se direktno hvata ispod površine valova ili iz raznih fluktuacija
pritisaka ispod površine. Tada ta energija može pogoniti turbinu, a najjednostavniji i najčešći
način funkcioniranja je sljedeći: Val se diže u komori, a rastuće sile vode tjeraju zrak iz komore
te tako pokretljivi zrak zatim pogoni turbinu, a koja onda pokreće generator.
43. 37
Slika 2.7: Oscillating water column
Većina tehnologija za iskorištavanje energije valova još uvijek je orijentirana blizu obale,
ili na samoj obali, a razlika meñu njima je u njihovoj orijentaciji prema valovima s kojima su u
interakciji, te sa radnim principom uz pomoć kojega se energija valova pretvara u željeni oblik
energije. Meñu najpopularnijom metodom je terminator devices kao što su oscilating water
columns uobičajeno se nalaze na obali ili blizu same obale, a imaju princip rada gdje se šire
perpendikularno s obzirom na smjer putovanja vala i gdje nakon što se snaga vala uhvati i
reflektira, oscilating water column se nakon toga giba poput klipa gore-dolje, tjerajući zrak kroz
otvor povezan s turbinom.
b) Konverzija termalne energije oceana
Metoda za stvaranje elektriciteta koja se služi temperaturnom razlikom koja postoji
izmeñu duboke i plitke vode, jer je voda na većoj dubini hladnija. Ukoliko postoji veća
temperaturna razlika, veća je i efikasnost čitave metode, a minimalna temperaturna razlika treba
biti 38 stupnjeva Fahrenheita. Ova metoda ima dugu povijest funkcioniranja, te datira s početka
19. stoljeća. Većina stručnjaka smatra kako bi ova metoda dala dobar omjer ulaganja i koristi već
sa postojećim tehnologijama bi se mogao proizvoditi gigawat električne energije. No to ipak nije
slučaj danas jer OTEC zahtijeva ogromne, skupe cijevi velikih promjera koje se moraju postaviti
barem kilometar duboko u more, a kako bi mogle dovoditi hladniju vodu sa većih dubina, a što je
naravno vrlo skupo.
44. 38
Tipovi OTEC sistema su sljedeći:
· sistemi zatvorenog kruga
· sistemi otvorenog kruga
· hibridni sistemi
Sistemi zatvorenog kruga koriste tekućinu sa niskim stupnjem vrelišta, najčešće
amonijak, te na taj način pokreću turbinu, a koja onda stvara električnu energiju. Topla
površinska morska voda se pumpa kroz izmjenjivač topline i tu se zahvaljujući niskoj točki
vrelišta isparava, te takva novonastala para zatim pokreće turbo generator. Hladnija dublja voda
se zatim upumpava kroz drugi izmjenjivač topline gdje zahvaljujući kondenzaciji prelazi natrag
iz pare u tekućinu, a ta se tekućina zatim reciklira kroz sistem.
Slika 2.8: Zatvoreni OTEC sistem
Sistemi otvorenog kruga koriste tople površine tropskih oceana za dobivanje elektriciteta
zahvaljujući činjenici što topla voda nakon što se stavi u kontejner sa niskim pritiskom,
proključa. Nakon toga para koja se širi počinje tjerati turbinu sa niskim pritiskom spojenu na
električni generator, te se na kraju kondenzira natrag u tekućinu zbog izloženosti hladnim
temperaturama iz dubine oceana.
Hibridni sistemi su dizajnirani na način koji kombinira pozitivne značajke, kako
otvorenih, tako i zatvorenih sistema. Način rada kod hibridnih sistema uključuje toplu morsku
vodu koja ulazi u vakuumsku komoru gdje se pretvara u paru (proces sličan kod sistema
45. otvorenog tipa). Nakon toga para se vaporizira u tekućinu niskog vrelišta (kao kod zatvorenih
sistema), a koja zatim pokreće turbinu te stvara električnu energiju.
3.1.4. Geotermalna energija
Toplina u unutrašnjosti Zemlje rezultat je formiranja planeta iz prašine i plinova prije više
od četiri milijarde godina, a radioaktivno raspadanje elemenata u stijenama kontinuirano
regenerira tu toplinu, pa je prema tome geotermalna energija obnovljivi izvor energije. Ova
energija se uglavnom generira iz Zemljine jezgre odnosno Zemljina središta budući da
temperatura u središtu zemlje doseže i temperaturu preko 6000 °C što je dovoljno čak i za
otapanje kamenja.
Manji dio te energije generira se iz ljuske zemlje, odnosno zemljinog vanjskog sloja
raspadom radioaktivnih elemenata koji se nalaze u svom kamenju (stijenama). Kako se spuštamo
u dublje u Zemljinu unutrašnjost tako otprilike svakih 36 metara temperatura poraste za 1 °C. U
prirodi se ta energija najčešće pojavljuje u formi vulkana, izvora vruće vode (toplica) i gejzira,
odnosno na područjima gdje se toplina koncentrira blizu površine zemlje. Geotermalna energija
se u nekim zemljama iskorištavala tisućama godina u formi toplica, odnosno rekreacijsko-ljekovitog
kupanja te su već u prošlosti bili dobro poznati pozitivni terapeutsko-zdravstveni
39
učinci izvora vruće vode odnosna toplica.
Glavna prednost geotermalne energije je u činjenici da se radi o obnovljivom izvoru
energije, odnosno toplina unutrašnjosti zemlje neprestano izvire iz zemljine unutrašnjosti, a
glavni nedostatak u činjenici da su najpodobnija područja za iskorištavanje geotermalne energije
u područjima izražene vulkanske aktivnosti što znači da rasprostranjenost podobnih područja nije
velika. Prednost takvih izvora energije je takoñer i u činjenici što geotermalne elektrane nemaju
gotovo nikakav negativan učinak na okoliš i uspješno se daju implementirati u najrazličitijim
okruženjima, od farma, osjetljivih pustinjskih površina pa sve do šumsko-rekreacijskih područja,
a riječ je i o prilično jeftinom izvoru energije.
46. 40
Slika 2.9: Princip upotrebe geotermalne energije za proizvodnju električne energije
Prvo je 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 otvor za
ubrizgavanje, te na taj način prolazi kroz pukotine vrućih slojeva zemljine unutrašnjosti te se
zatim kroz povratni otvor vraća natrag na površinu pod velikim pritiskom te se pritom pretvara u
paru kada doñe 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 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 oslobaña 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. Dakle u biti se radi o procesu zagrijavanja vode, te njenom pretvaranju u paru koja se
kasnije može koristiti bilo na način da se pomoću turbogeneratora proizvodi struja ili da ista
prolazeći kroz transferatore topline grije vodu stvarajući tako potrebnu toplinu za grijanje
kućanstava i industrijskih postrojenja.
47. Efikasnost geotermalnog grijanja je znatno veća od standardnih oblika grijanja.
Geotermalna energija je 48% efikasnija od plinskih peći i više od 75% efikasnija od uljnih peći.
Iskorištavanjem geotermalne energije ispušta se vrlo malo (katkad ništa) štetnih plinova i
stakleničkih plinova u atmosferu, pa je prema tome geotermalno grijanje ekološki vrlo prihvatljiv
oblik grijanja.
3.1.5. Bioenergija
Biomasa je obnovljiv izvor energije, a čine ju brojni proizvodi biljnog i životinjskog
svijeta. Može se izravno pretvarati u energiju izgaranjem te tako proizvesti vodena para za
grijanje u industriji i kućanstvima te dobivati električna energija u malim termoelektranama.
Fermentacija u alkohol zasad je najrazvijenija metoda kemijske konverzije biomase. Bioplin
nastao fermentacijom bez prisutnosti kisika sadrži metan i ugljik te se može upotrebljavati kao
gorivo, a ostali suvremeni postupci korištenja energije biomase uključuju i pirolizu,
rasplinjavanje te dobivanje vodika. Oblici korištenja bioenergije su: energija od drva, bioplin,
biogorivo i sl.
Glavna je prednost biomase u odnosu na fosilna goriva manja emisija štetnih plinova i
otpadnih voda. Dodatne su prednosti zbrinjavanje i iskorištavanje otpada i ostataka iz
poljoprivrede, šumarstva i drvne industrije, smanjenje uvoza energenta, ulaganje u poljoprivredu
i nerazvijena područja i povećanje sigurnosti opskrbe energijom. Predviña se da će do sredine
stoljeća u svijetu udjel biomase u potrošnji energije iznositi izmeñu 30 i 40 posto.
41
Slika 2.10: Potencijal bioenergije po regijama
48. 42
3.1.6. Zajedničke karakteristike DES-a iz obnovljivih izvora
· zanemariva emisija štetnih plinova i otuda vrlo mali vanjski troškovi energije;
· to su lokalni izvori energije koji smanjuju uvoz energenata, povećavaju
energetsku sigurnost i doprinos lokalnom razvoju i zapošljavanju;
· cijene obnovljivih izvora gotovo ne ovise o varijacijama cijena i poremećajima
opskrbe fosilnih goriva na svjetskom i regionalnim tržištima;
· obnovljivi izvori energije osobito su povoljni za države u razvoju koje ne obiluju
fosilnim gorivima.
3.2. Kogeneracijska tehnologija
Kogeneracija (CHP) je proces kombinirane proizvodnje dva korisna oblika energije iz
jednog energetskog izvora. U većini kogeneracijskih sustava kemijska energija se pretvara u
mehaničku i toplinsku. Mehanička energija koristi se za proizvodnju električne struje, dok se
toplinska energija koristi za proizvodnju pare, zagrijavanje vode ili zraka. Osnovna prednost
kogeneracije je veća iskoristivost energenta u odnosu na standardne elektrane koje služe samo za
proizvodnju struje, te industrijske sustave koji služe samo za proizvodnju pare ili vruće vode za
tehničke procese. Glavni razlozi gradnje kogeneracijskih postrojenja je mogućnost proizvodnje
jeftinije struje u odnosu cijenu struje u električnoj mreži, čime kogeneracijska postrojenja sama
sebe isplaćuju. Osim toga, industrijskim postrojenjima kogeneracijski sustavi pružaju autonomiju
u slučaju ispada glavne mreže. Za neke industrijske procese, ekonomski gubici u slučaju
zaustavljanja procesa zbog nestanka električne struje su iznimno veliki.
3.2.1. Važnost korištenja gorivnih ćelija u kogeneracijskim sustavima
Elektrokemijski pretvarači energije koji iz kemijske energije goriva izravno, bez
pokretnih djelova i izgaranja, proizvode električnu (i toplinsku) energiju. Sam naziv ‘gorive' pri
tome pomalo zavarava jer u njima ništa ne gori. Valja još spomenuti kako se kod nas nazivaju i
gorivnim ćelijama (člancima ili elementima). Po svome su načelu rada gorivne ćelije slične
baterijima, ali za razliku od njih, gorivne ćelije zahtijevaju stalan dovod goriva i kisika. Pri tome
gorivo može biti vodik, sintetski plin (smjesa vodika i ugljičnog dioksida), prirodni plin ili
metanol, a produkti njihove reakcije s kisikom su voda, električna struja i toplina, pri čemu je
cijeli proces, zapravo, suprotan procesu elektrolize vode.
49. 43
Ovisno izvedbi, odnosno o primijenjenom elektrolitu, postoji više vrsta gorivih ćelija:
· alkalijske gorivne ćelije;
· ćelije s polimernom membranom;
· gorivne ćelije s fosfornom kiselinom;
· gorive ćelije s rastopljenim karbonatom i krutim oksidom.
U glavne prednosti gorivih ćelija ubrajaju se visoki stupnjevi djelovanja (teoretski i do
90%, a stvarni oko 50%), pretvorba energije bez pokretnih djelova, mala razina buke te nikakve
ili vrlo male količine štetnih ispušnih plinova. Zbog tih razloga gorive ćelije privlače sve veću
pozornost za primjenu u vozilima i za proizvodnju električne energije. Izuzetno je poželjno takvu
tehnologiju koristiti u mikrokogeneracijama i kogeneracijama radi vrlo visoke učinkovitosti,
malih gubitaka energije te smanjenog utjecaja na okoliš.
Od svih drugih izvedbi, za primjenu se najprikladnijima smatraju gorivne ćelije s
polimernom membranom, prije svega za pogon automobila. Razlog tome su visoki stupnjevi
djelovanja, rad pri razmjerno niskim temperaturama zbog čega se vrlo brzo može doseći puna
snaga, vrlo povoljan omjer postignute snage i mase te kruti elektrolit (polimerna membrana)
zbog čega nema problema s održavanjem njegove čistoće i korozijom.
3.2.2. Mikrokogeneracije
Poznate pod nazivom mikroCHP. Mikrokogeneracija je takoñer naziv za distribuirani
energijski izvor i reda veličine je kućanstva ili male proizvodne jedinice. Umjesto da se sve
gorivo potroši na grijanje dio se koristi i za proizvodnju električne energije. Ta se električna
energija može koristiti unutar domaćinstva (obrta), ili uz dopuštenje mreže prodavati je natrag u
istu. Postojeće mikroCHP instalacije koriste četiri različite tehnologije: motore na unutrašnje
izgaranje, Stirling-ove motore, kružne procese s vodenom parom i gorive ćelije. MikroCHP
hvata odbačenu toplinu i time omogućava veću iskoristivost od oko 70%. To znači da se manje
goriva mora potrošiti za isti iznos korisne energije.
MikroCHP je efikasniji ako je mjesto potrošnje bliže mjestu proizvodnje, dok mu
korisnost pada sa udaljenošću potrošača.
MikroCHP elektrane mogu biti dizajnirane da rade s obzirom na potražnju za toplinskom
energijom (heat driven operation) ili primarno kao elektrana čiji se toplinski otpad iskorištava.
Tipične CHP elektrane su:
· postrojenje protutlačne turbine;
50. 44
· postrojenje kondenzacijske turbine s reguliranim oduzimanjem pare;
· postrojenje plinske turbine s korištenjem otpadne topline dimnih plinova;
· gorive ćelije s rastaljenim karboratima.
3.2.3. Trigeneracije
Trigeneracije je proces istodobne proizvodnje električne i toplinske energije i hlañenja u
jedinstvenom procesu. Toplina CHP elektrane se u tom slučaju koristi za hlañenje preko
apsorpcijskog ciklusa (dodaje se apsorpcijski hladnjak koji koristi "odbačenu" toplinu). U
usporedbi s kogeneracijom učinkovitost se povećava za čak 50 posto.
Trigeneracijsko postrojenje je izvrstan način rješavanja opskrbe električnom energijom
bolnica, domova za umirovljenike, rekreacijskih centara s bazenima, hotela, trgovačkih centara i
sličnih objekata te industrijskih postrojenja u kojima se uz električnu energiju troši i znatna
količina toplinske i rashladne energije. Pomoću ovog koncepta moguće je dobiti ukupnu
efikasnost od 75% (električna energija i hlañenje).
Prednosti apsorpcijskih rashladnih ureñaja u odnosu na klasične kompresorske su
sljedeće:
· apsorpcijski rashladni ureñaji zahtijevaju veoma mala financijska sredstva za
održavanje;
· troškovi rada po satu su gotovo 10 puta manji od apsorpcijskih ureñaja;
· potrošnja električne energije za pogon pripadajućih pumpi je oko 1% proizvedene
rashladne energije, a kod kompresorskih izmeñu 25-40% rashladne snage;
· ne emitiraju freone u atmosferu, što je značajan ekološki efekt;
· koristi otpadnu toplinu kogeneracijskog postrojenja, što značajno povećava
ekonomično;
3.2.4. Zajedničke karakteristike DES-a u kogeneraciji
· efikasnija potrošnja fosilnih goriva nego kod termoelektrana, a mogu raditi na
obnovljive energenete (biomasa i otpad, bioplin, i sl.)
· zbog veće energetske efikasnosti od termoelektrana troše manje goriva i time
smanjuju emisije štetnih tvari i energetsku ovisnost države
51. · radi manje potrošnje goriva država je manje izložena varijacijama cijena i
poremećajima opskrbe na svjetskom tržištu, što povećava sigurnost opskrbe
energijom
· pretjerana ovisnost o uvozu fosilnih goriva ugrožava ne samo energetsku,
45
ekonomsku i ekološku sigurnost, nego i opću stabilnost države
3.3. Toplinske pumpe
Posebni oblik direktnog korištenja geotermalne energije. Geotermalne toplinske pumpe, u
svijetu poznate pod skraćenicom GHP (Geothermal heat pumps), imaju široku primjenu u
mnogim zemljama Europe i u SAD-u. Toplinske pumpe troše električnu energiju za cirkulaciju
geotermalnog (otvoreni krug) ili drugog sekundarnog fluida koji preuzima toplinu zemlje
(zatvoreni krug) kroz cijevi. Na taj način geotermalna toplina dovodi se domaćinstvima, gdje se
većim dijelom koristi za grijanje, zatim za hlañenje i pripremu tople vode. Upotrebom
geotermalnih pumpi uvelike se smanjuje potrošnja električne energije.
Slika 2.11: Geotermalna toplinska pumpa (zatvoreni krug )
52. Postoje dva osnovna sustava iskorištavanja geotermalne energije sustavom s toplinskim
46
pumpama:
· prvi sustav ne koristi izravno geotermalni fluid nego sustavom s ukopanim
izmjenjivačem topline preuzima toplinu zemljine kore ili geotermalnog fluida iz
bušotine takozvanim bušotinskim izmjenjivačem topline;
· drugi sustav iskorištava geotermalnu vodu koja se proizvodi iz bušotine, a nakon
predaje topline sekundarnom krugu ili se utiskuje nazad u sloj, ili ispušta u
vodotoke ili kanalizacijske sustave.
Za sve sisteme s toplinskim pumpama vrijedi sljedeće:
· ako se geotermalna toplinska pumpa koristi za grijanje, tada se dovedena toplina
iz "podzemlja" provodi kroz položene cijevi, prenosi na fluid u njima i dovodi do
korisnika;
· za hlañenje se toplinske pumpe koriste tako da cirkulirajući fluid u cijevima
zgrade ili stana, odvodi tj. “kupi” toplinu koja je na njega prenesena u prostoriji,
te se utiskuje u zemlju.
Prednosti korištenja geotermalnih toplinskih pumpi:
· smanjeni troškovi grijanja i hlañenja u stambenim i poslovnim objektima za 50%;
· trajnost geotermalnih toplinskih pumpi je duža u odnosu na konvencionalne
sisteme, zbog zadovoljavajuće zaštite od vremenskih nepogoda. Mehanički dio
sistema nalazi se u zatvorenom prostoru, a cijevi za dovod geotermalne energije
su pod zemljom;
· sustav sa geotermalnim toplinskim pumpama ima nekoliko mehaničkih
komponenata, koje povećavaju pouzdanost sustava. Podzemne cijevi imaju
predviñen rok trajanja bez održavanja od 50 godina;
· geotermalne pumpe gotovo ne zagañuju okolinu, pa su važan čimbenik u
smanjenju onečišćenja atmosfere, za razliku od fosilnih goriva;
· kod ovakvih sustava nema dijelova koji proizvode buku, pa su zbog toga vrlo
pogodni za upotrebu u domaćinstvima ili u poslovnim prostorima.
· koriste se i u toplim i u hladnim razdobljima. Ljeti za hlañenje, a zimi za grijanje;
53. · ovakvi geotermalni sustavi mogu snabdijevati toplinskom energijom razne vrste
potrošača. To mogu biti privatni ili poslovni objekti povezani u jedinstvenu
mrežu.
47
4. DOPRINOS DES-a HRVATSKOJ ENERGETICI
Trenutačno decentralizirana proizvodnja električne energije postoji samo kod
ograničenog broja malih hidroelektrana (2,5 MWe)i industrijskih energenata na fosilna goriva
(275 MWe), dok je decentralizirana proizvodnja topline u nešto većem opsegu zastupljena kod
javnih i industrijskih kotlovnica, uglavnom u gradskim i industrijskim zonama.
Potrošače se u nedostatku pristupačnijih energenata za toplinske potrebe, često oslanja na
električnu energiju, što je energetski neopravdano, ali često jedino moguće rješenje. Time se
pravi vrlo velik, ali često neravnomjeran, pritisak na centralni elektroenergetski sustav.
Evidentno je da u sljedećem razdoblju hrvatska Vlada mora posvetiti dužnu pozornost
decentraliziranim energetskim sustavima s uporabom fosilnih i obnovljivih izvora energije
posebno za toplinske i rashladne potrebe, ali i za potrebe opskrbe pouzdanom energijom teško
pristupačnih i energetski ekstenzivnih regija. Pritom energetsku infrastrukturu treba uskladiti s
regionalnim potrebama i mogućnostima gospodarskog razvitka.
Ekološki i ekonomski prihvatljiva energetska infrastruktura mora se uklopiti u programe
potpune i održive uporabe regionalnih resursa.
Prema tomu, iako globalno gledajući DES-i ne predstavlja apsolutno rješenje svih naših
energetskih teškoća, ipak oni u svakom slučaju smanjuju pritisak na EES, omogućuju smanjenje
uvoza fosilnih goriva, podupiru razvitak poduzetništva, ali često predstavljaju cjeloviti rješenje
za pojedine teško dostupne i nerazvijene regije, ali takoñer omogućuju gospodarski razvitak te
potpunu i održivu uporabu lokalnih resursa.
55. 49
1. UVOD
Prva hidroelektrana izrañena je u gornjoj Bavarskoj 1876. proizvedena energija se
koristila za rasvjetu spilje pokraj dvorca Linderhof. Prva javna hidroelektrana izgrañena je u
Švicarskoj 1883. imala je snagu od 135 kW. Daljnji razvoj hidroelektrana bio je omogućen
budući dao se proširila upotreba viših napona za prijenos el. energije (dalekovod -prvi prijenos
1891. godine na udaljenost od 177km Lauffen-Frankfurt) i razvojem turbina i generatora.
Najstarija Francisova turbina sagrañena je 1849. godine, a prva Peltonova 1890. godine.
Najpoznatija hidroelektrana jest ona na slapovima Niagare , koju je dizajnirao naš Nikola Tesla.
Energija rijeka i potoka u Hrvatskoj koristila tisućama godina (za pogon mlinova i sl.).
Slika 3.1: Stari mlin korišten kao hidro postrojenje
2. HIDROELEKTRANE
Hidroelektrane su energetska postrojenja u kojima se potencijalna energija vode pomoću
turbine pretvara u mehaničku (kinetičku) energiju, koja se u električnom generatoru koristi za
proizvodnju električne energije. Hidroelektranu u širem smislu čine i sve grañevine i postrojenja
koje služe za prikupljanje (akumuliranje), dovoñenje i odvoñenje vode (brana, zahvati, dovodni i
odvodni kanali, cjevovodi itd), pretvorbu energije (turbine, generatori), transformaciju i razvod
električne energije (rasklopna postrojenja, dalekovodi) te za smještaj i upravljanje cijelim
sustavom (strojarnica i sl).
Iskorištavanje energije vodnog potencijala ekonomski je konkurentno proizvodnji
električne energije iz fosilnih i nuklearnog goriva, zato je hidroenergija najznačajniji obnovljivi
izvor energije (predstavlja 97% energije proizvedene svim obnovljim izvorima).
56. U zadnjih trideset godina proizvodnja u hidroelektranama je utrostručena, a njen udio
povećan je za 50 %. Ti podaci pokazuju da se proizvodnja u hidroelektranama brzo povećava iz
više razloga: hidroenergija je čista, nema otpada, nema troškova goriva (voda je besplatna) pod
uvjetom da je ima u dovoljnoj količini, moderne hidroelektrane mogu i do 90% energije vode
pretvoriti u električnu energiju, puštanje hidroelektrane u pogon vrlo je brzo te se koriste za
pokrivanje naglih povećanja potrošnje; umjetna jezera nastala izgradnjom hidroelektrana lokalno
doprinose ekonomiji i omogućavaju navodnjavanje, vodoopskrbu, turizam i rekreaciju.
Hidroenergija ipak značajno zaostaje za proizvodnjom u nuklearnim ali i
termoelektranama. Razlog takvom stanju leži u činjenici da iskorištavanje hidroenergije ima,
takoñer bitna tehnička i prirodna ograničenja. Glavno ograničenje jest zahtjev za postojanjem
obilnog izvora vode kroz cijelu godinu jer je skladištenje el. energije skupo i vrlo štetno za
okoliš. Kako bi se izbjegle oscilacije vodostaja na odreñenim je lokacijama potrebno izgraditi
brane i akumulacijska jezera. Izgradnja akumulacijskih jezera često zahtijeva potapanje velikih
dijelova dolina a ponekad i cijelih naselja.
Osim što se na taj način povećava cijena izgradnje, javlja se i problem podizanja razine
podzemnih voda oko akumulacije. Razina vode naime utječe na biljni i životinjski svijet. Dolazi
i do promjena odnosa sedimentacije i erozije unutar rječnog korita. To sve ukazuje na to, da niti
hidroenergija nije potpuno bezopasna za okoliš. Veliku opasnot mogu predstavljati i potresi pa je
u nekim zonama potrebna i dodatna protupotresna zaštita.
Hidroenergija, za razliku od ostalih načina iskorištavanja obnovljivih izvora energije,
nema problema s nedostatkom potrebne tehnologije već nedostatkom potrebnih lokacija. Mnoge
od najboljih lokacija širom svijeta su već iskorištene. Za razliku od kapitalnih projekata kojih je
sve manje, još uvijek je dovoljno projekata malih hidroelektrana, kod kojih su rizici lošeg
utjecaja na okoliš mnogo manji, a energetske potrebe i sigurnost investicije mnogo veće.
50
57. 51
Slika 3.2: Shema hidroelektrane
2.1. Osnovni dijelovi hidroelektrane
Svi dijelovi hidroelektrane koji su u neposrednom doticaju s vodom, odnosno služe za
njezino prikupljanje, dovoñenje i odvoñenje te pretvorbu njezine energije nazivaju se
zajedničkim imenom hidrotehnički sustav.
U osnovne dijelove hidroelektrane ubrajaju se:
a) Brana ili pregrada
Osnovni je dio hidrotehničkog sustava pa i cijelog postrojenja HE (nerijetko se cijelo
hidroenergetsko postrojenje jednostavno naziva ‘branom') i ima trostruku ulogu:
- skretanje vode s njezinog prirodnog toka prema zahvatu hidroelektrane;
- povišenje razine vode kako bi se povećao pad;
- ostvarivanje akumulacije.
Brane se ubrajaju u najveće grañevine na zemlji. Osim što se pomoću njih dobiva gotovo
petina ukupne proizvodnje električne struje, znatno smanjuju opasnost od poplava i suša.
Meñutim, u industrijaliziranim dijelovima svijeta u posljednje vrijeme usporena je izgradnja
58. brana, razlog tome je što su najpogodnije lokacije već zauzete. S obzirom na visinu, brane mogu
biti: visoke i niske. S obzirom na izradu: masivne (npr. betonske) ili nasute (npr. zemljane,
kamene). Niske se brane nazivaju i pragovima, što je čest slučaj kod malih vodotokova, odnosno
kod malih hidroelektrana.
b) Zahvat vode
Prima i usmjerava vodu zadržanu u akumulaciji prema dovodu, odnosno turbini. Postoje
dva tipa zahvata, zahvat na površini vode ili ispod površine. Kada je pregrada niska i razina vode
gotovo konstantna izvodi se na površini, dok se ispod površine i to na najnižoj mogućoj razini
izvodi u slučaju kada se razina vode tijekom godine značajno mijenja. Prolaz vode kroz zahvat
se regulira zapornicama.
c) Dovod vode
Je dio hidrotehničkog sustava koji spaja zahvat s vodostanom odnosno s vodenom
52
komorom. Ovisno o izgledu okolnog tla i pogonskim zahtjevima, može biti:
- otvoren (kanal)
- zatvoren (tunel), koji može biti gravitacijski ili tlačni.
Gravitacijski tunel nije posve ispunjen vodom pa za promjenu protoka vode valja regulirati
zahvat, dok kod tlačnog tunela voda ispunjava cijeli poprečni presjek i za promjenu protoka ne
treba utjecati na zahvat. S gledišta elastičnosti pogona (mogućnosti odgovaranja na promjene u
elektroenergetskom sustavu) tlačni su kanali povoljniji,puno elastičniji u pogonu jer bez ikakvih
djelovanja mogu pratiti promjenu opterećenja.
d) Vodostan ili vodena komora
Predstavlja zadnji dio dovoda, a služi za odgovaranje na promjene opterećenja.
Dimenzioniranje vodne komore ima velik utjecaj na pravilno funkcioniranje hidroelektrane, kada
je dovod izveden kao gravitacijski tunel, mora imati odgovarajući volumen kako bi se u njemu
mogle pohraniti veće količine vode, a kada je tunel tlačni, njegove dimenzije moraju biti takve
da tlak u dovodu ne poraste preko dopuštene granice ili da razina vode ne padne ispod visine
ulaza u tlačni cjevovod.
e) Tlačni cjevovod
Dovodi vodu od vodostana do turbina. Izrañuje se o čelika ili betona (kod manjih
padova), a prema smještaju može biti na površini ili u tunelu. Na ulazu u tlačni cjevovod
