UNIVERZITET U NOVOM SADU FAKULTET TEHNIČKIH NAUKA U NOVOM SADU Vladimir Kosanović Snabdevanje grada Novog Sada električnom i toplotnom energijom iz raspoloživih obnovljivih izvora energije DIPLOMSKI - MASTER RAD Novi Sad, oktobar 2015.
УНИВЕРЗИТЕТ У НОВОМ САДУ ФАКУЛТЕТ ТЕХНИЧКИХ НАУКА 21000 НОВИ САД, Трг Доситеја Обрадовића 6 КЉУЧНА ДОКУМЕНТАЦИЈСКА ИНФОРМАЦИЈА Редни број, РБР: Z1-27/2013 Идентификациони број, ИБР: 0206990800062 Тип документације, ТД: Тип записа, ТЗ: Врста рада, ВР: Аутор, АУ: Ментор, МН: Наслов рада, НР: Језик публикације, ЈП: Језик извода, ЈИ: Земља публиковања, ЗП: Уже географско подручје, УГП: Monografska dokumentacija Tekstualni štampani materijal Diplomski - master rad Vladimir Kosanović Prof. dr Branka Nakomčić-Smaragdakis Snabdevanje grada Novog Sada električnom i toplotnom energijom iz raspoloživih obnovljivih izvora energije Srpski Srpski Srbija Vojvodina Година, ГО: 2015. Издавач, ИЗ: Место и адреса, МА: Физички опис рада, ФО: (поглавља/страна/ цитата/табела/слика/графика/прилога) Научна област, НО: Научна дисциплина, НД: Предметна одредница/кqучне речи, ПО: УДК Чува се, ЧУ: Важна напомена, ВН: Autorski reprint Novi Sad 8 poglavlja, 60 stranica, 32 slike, 18 tabela Tehničke nauke Alternativna energetika Obnovljivi izvori energije, Novi Sad, potencijali, toplotna energija, električna energija Biblioteka Fakulteta tehničkih nauka u Novom Sadu, Trg Dositeja Obradovića 6, Novi Sad Nema Извод, ИЗ: U radu su definisane tehnologije i načini dobijanja električne i toplotne energije iz energije vetra, sunca, geotermalih voda i biomase, njihove prednosti i mane, kao i pozitivni primeri primene u evropskim gradovima, ali i u našoj zemlji. Dat je pregled postojećih energetskih potreba i načina snabdevanja grada Novog Sada električnom i toplotnom energijom, sa projekcijama i prognozama do 2030. godine. Zatim su analizirani potencijali kojima grad i opština raspoložu u domenu OIE. U računskom delu rada, analizirane su mogućnosti supsitucije postojećih izvora i načina snabdevanja energijom, za alternativne i uticaj OIE na životnu sredinu, bezbednost i zdravlje ljudi. Датум прихватања теме, ДП: Датум одбране, ДО: Чланови комисије, КО: Председник: Члан: Члан, ментор: Потпис ментора Образац Q2.НА.04-05 - Издање 1
UNIVERSITY OF NOVI SAD FACULTY OF TECHNICAL SCIENCES 21000 NOVI SAD, Trg Dositeja Obradovića 6 KEY WORDS DOCUMENTATION Accession number, ANO: Z1-27/2013 Identification number, INO: 0206990800062 Document type, DT: Type of record, TR: Contents code, CC: Author, AU: Mentor, MN: Title, TI: Language of text, LT: Language of abstract, LA: Country of publication, CP: Locality of publication, LP: Monographic documentation Text printed material Master's thesis Vladimir Kosanović prof. dr Branka Nakomčić - Smaragdakis Electric and thermal energy supply of the town Novi Sad from available renewable energy sources Serbian Serbian Serbia Vojvodina Publication year, PY: 2015. Publisher, PB: Publication place, PP: Physical description, PD: (chapters/pages/ref./tables/pictures/graphs/appendixes) Scientific field, SF: Scientific discipline, SD: Subject/Key words, S/KW: UC Author' reprint Novi Sad 8 chapters, 60 pages, 32 pictures, 18 tables Technical science Renewable energy Renewable energy, town Novi Sad, potentials, thermal energy, electric Holding data, HD: Library of the Faculty of Technical Sciences in Novi Sad, Trg D. Obradovic 6, Note, N: Abstract, AB: None This work defines technology and different ways of getting electric and thermal energy from the wind and solar energy, as well as from geothermal water and biomass. The work defines their advantages and disadvantages and also positive examples of their use either in European cities or in our country( Serbia). It is given the overview of existing energy needs and supply ways of the town Novi Sad with electric and thermal energy. There are also given prognosis and drafts according to the following years, up to 2030. Then potentials are taken into account too, which the town and township handle with in the domain of RES. In the practical ( arithmetical ) part of the work different possibilities are analyzed, considering replacement of existing energy sources by alternative ones. It is also taken into consideration the influence of RES on environment, safety and men s health. Accepted by the Scientific Board on, ASB: Defended on, DE: Defended Board, DB: President: Member: Member, Mentor: Menthor's sign Obrazac Q2.НА.04-05 - Izdanje 1
УНИВЕРЗИТЕТ У НОВОМ САДУ ФАКУЛТЕТ ТЕХНИЧКИХ НАУКА 2 1 0 0 0 Н О В И СА Д, Тр г Д о с и теја Обрадов и ћ а 6 ЗАДАТАК ЗА МАСТЕР РАД Број: Датум: (Податке уноси предметни наставник - ментор) СТУДИЈСКИ ПРОГРАМ: РУКОВОДИЛАЦ СТУДИЈСКОГ ПРОГРАМА: Inženjerstvo zaštite životne sredine Doc. dr Dragana Štrbac Студент: Kosanović Vladimir Број индекса: Z1-27/2013 Област: Alternativna energetika Ментор: Prof. dr Branka Nakomčić-Smaragdakis НА ОСНОВУ ПОДНЕТЕ ПРИЈАВЕ, ПРИЛОЖЕНЕ ДОКУМЕНТАЦИЈЕ И ОДРЕДБИ СТАТУТА ФАКУЛТЕТА ИЗДАЈЕ СЕ ЗАДАТАК ЗА МАСТЕР РАД, СА СЛЕДЕЋИМ ЕЛЕМЕНТИМА: - проблем тема рада; - начин решавања проблема и начин практичне провере резултата рада, ако је таква провера неопходна; НАСЛОВ МАСТЕР РАДА: Snabdevanje grada Novog Sada električnom i toplotnom energijom iz raspoloživih obnovljivih izvora energije ТЕКСТ ЗАДАТКА: 1. U teorijskim osnovama rada razmotriti i izložiti sledeće: - Konverziju solarne u električnu i toplotnu energiju - Dobijanje električne energije iz energije vetra - Generisanje toplotne energije iz geotermalne energije - Kogeneraciju biomase 2. U primeru primene izvršiti sledeće analize: - Navesti primere primene u svetu i kod nas - Energetske potrebe i načine snabdevanja električnom i toplotnom energijom grada Novog Sada - Raspoloživi potencijali OIE u domenu solarne, geotermalne, energije vetra i biomase i analiza mogućnosti supstitucije - Analiza uticaja razmatranih OIE na životnu sredinu Руководилац студијског програма: Ментор рада: Примерак за: - Студента; - Ментора Образац Q2.НА.04-03 - Издање 3
APSTRAKT Obezbeđivanje dovoljnih količina i sigurnost isporuke toplotne i električne energije postali su ključni uslovi razvoja i napretka naše civilizacije. Kraj 20. i početak 21. veka obeležile su značajne promene u načinu proizvodnje električne i toplotne energije. Iako svet i dalje pokriva svoje energetske potrebe uglavnom fosilnim gorivima (ugalj, nafta i prirodni gas), obnovljivi izvori energije (OIE) su postali značajan i nezaobilazan faktor u projektovanju i planiranju budućih energetskih postrojenja, i sve veći broj zemalja i gradova se odlučuje za njihovu primenu i razvoj. Kada je reč i ovim tehnologijama i njihovoj implementaciji, država Srbija dosta zaostaje u odnosu na većinu evropskih zemalja. Jedan od razloga je što jedinice lokalne samouprave u Srbiji nemaju obavezu za izradom dokumenta u kome bi bili definisani potencijali OIE i mogućnosti za njihovu primenu. Ovakvi dokumenti su posebno bitni za gradove i opštine koje imaju značajne potencijale u domenu OIE, i koji teže održivom razvoju i ekonomskom prosperitetu, među kojima je svakako i grad Novi Sad. U radu su u teorijskim osnovama definisane tehnologije i načini dobijanja električne i toplotne energije iz energije vetra, sunca, geotermalih voda i biomase, njihove prednosti i mane, kao i pozitivni primeri primene u evropskim gradovima, ali i u našoj zemlji. Dat je pregled postojećih energetskih potreba i načina snabdevanja grada Novog Sada električnom i toplotnom energijom, sa projekcijama i prognozama do 2030. godine. Zatim su analizirani potencijali kojima grad i opština raspoložu u domenu OIE. U računskom delu rada, analizirane su mogućnosti supsitucije postojećih izvora i načina snabdevanja energijom, za alternativne i uticaj OIE na životnu sredinu, bezbednost i zdravlje ljudi. Planirani ekonomski rast i povećanje populacije dovešće do značajnog porasta potrošnje električne i toplotne energije u Novom Sadu, pa je iz tih razloga upotreba i primena OIE jedno od rešenja koje svakako treba ozbiljno analizirati. Međutim, iako poseduje značajne energetske potencijale, Novi Sad se susreće sa brojim problemima i preprekama kada je primena ovakvih sistema u pitanju. KLJUČNE REČI Obnovljivi izvori energije, Novi Sad, potencijali, toplotna energija, električna energija.
SADRŽAJ 1. UVOD... 1 2. TEORIJSKE OSNOVE... 3 2.1. Energija... 3 2.1.1. Izvori energije... 3 2.1.2. Oblici energije... 4 2.2. Dobijanje električne i toplotne energije iz solarne energije... 5 2.2.1. Proizvodnja električne energije direktnim pretvaranjem solarne energije... 6 2.2.2. Solarni fotonaponski paneli... 7 2.2.3. Toplotni solarni kolektori... 8 2.2.4. Solarne termalne elektrane... 9 2.3. Dobijanje elektične energije iz energije vetra... 10 2.3.1. Vetrogenerator... 10 2.3.2. Princip konverzije energije vetra u električnu... 12 2.4. Dobijanje toplotne energije iz geotermalne... 12 2.4.1. Korišćenje geotermalne energije za dobijanje toplote... 13 2.4.2. Toplotne pumpe... 14 2.5. Dobijanje toplotne i električne energije kogeneracijom biomase... 15 2.5.1. CHP sistemi... 16 3. PRIMERI PRIMENE... 19 3.1.Grad Beč, Austrija... 19 3.2. Grad Barselona, Španija... 20 3.3. Banja Junaković, Srbija... 22 3.4. Grad Sremska Mitrovica, Srbija... 23 4.4.1. Tehnologija rada kogeneracionog postrojenja... 24 4.4.2. Opis kogeneracionog postrojenja... 24 4. ENERGETSKE POTREBE I NAČINI SNABDEVANJA ENERGIJOM GRADA NOVOG SADA... 25 4.1. Opšte informacije o gradu Novom Sadu... 25 4.2. Snabdevanje grada električnom energijom... 26 4.3. Snabdevanje grada toplotnom enegijom... 27
5. RASPOLOŽIVI POTENCIJALI OIE U DOMENU SOLARNE, GEOTERMALNE, ENERGIJE VETRA I BIOMASE I ANALIZA MOGUĆNOSTI SUPSTITUCIJE... 30 5.1. Potencijal solarne energije... 30 5.1.1. Dobijanje električne energije iz raspoloţivog solarnog potencijala... 33 5.1.2. Dobijanje toplotne energije iz raspoloţivog solarnog potencijala (studija JKP Novosadska toplana )... 35 5.2. Potencijal geotermalne energije... 37 5.3. Potencijal energije biomase... 39 6.3.1. Određivanje količine energije iz raspoloţive biomase... 42 5.4. Potencijal energije vetra... 46 6.4.1. Određivanje proizvedene električne energije upotrebom vetroelekrane... 49 5.5. Retrospektiva potreba i potencijala električne i toplotne energije iz OIE grada Novog Sada... 51 6. ANALIZA UTICAJA RAZMATRANIH OIE NA ŽIVOTNU SREDINU... 53 6.1. Solarna energija... 53 6.2. Geotermalna energija... 54 6.3. Energija vetra... 55 6.4. Energija iz biomase... 56 6.4.1. Prednosti biomase kao ekološkog goriva... 57 6.4.2. Nedostaci biomase kao ekološkog goriva... 57 6.4.3. Očuvanje plodnosti zemljišta... 58 7. ZAKLJUČAK... 59 8. LITERATURA... 61
1. UVOD ObezbeĎivanje dovoljnih količina energije jedan je od ključnih uslova za opstanak i razvoj naše civilizacije. Trenutno svet pokriva svoje energetske potrebe uglavnom fosilnim gorivima (ugalj, nafta i prirodni gas). Ovi izvori energije nisu obnovljivi, ne mogu trajati večno, odnosno, u odreďenom momentu će biti potrošeni. Obnovljivi izvori energije (OIE) se nalaze u prirodi i obnavljaju se u celini ili delimično. Potreba za korišćenjem takvih izvora energije javila se proteklih nekoliko decenija nakon što su objavljeni alarmantni podaci o posledicama emisije gasova sa efektom staklene baste koji nastaju sagorevanjem fosilnih goriva. To je dovelo do klimatskih promena u svetu koje se pre svega ogledaju u povećanju prosečne temperature, odnosno globalnom zagrevanju. Klimatski poremećaji nisu zaobišli ni Srbiju, temperature rastu od početka 80-tih godina prošlog veka, usled čega se mogu očekivati sušna i topla leta, ekstremne promene vremenskih prilika, oscilacije temperature, periodi nestabilne klime, poplave, grad itd. Evropska unija je prihvatila obavezu da do 2020. godine zbog borbe protiv klimatskih promena, smanji emisiju gasova sa efetkom staklene bašte, meďu kojima i ugljen-dioksida, za 20% u odnosu na 1990., a da se udeo OIE u ukupnoj potrošnji energije poveća na 20% u odnosu na 1990. godinu, slika 1. Slika 1. Ciljevi EU do 2020. godine [1] Potragu za novim izvorima energije podstakla je i ograničenost drugih resursa, poput fosilnih goriva koja se masovno eksploatišu. Svetske naftne zalihe se neprekidno smanjuju, a cena nafte raste, zbog čega ova sirovina, prema nekim procenama, već sredinom 21. veka neće biti dovoljno komercijalna. OIE karakteriše odrţivi razvoj i oni su ekološki prihvatljivi. MeĎutim, veliki problem su još uvek značajne početne investicije u poreďenju sa investicijama u konvencionalne izvore enegije, što mnoge investitore u startu odvraća od ulaganja. Ovaj problem se rešava tzv. feed in tarifama, odnosno podsticajnim cenama električne energije koja je dobijena iz obnovljivih izvora. Pored ekološkog, upotreba OIE doprinosi i razvoju - 1 -
ekonomije smanjenjem uvoza fosilnih goriva, otvaranjem novih radnih mesta i razvoju lokalne industrije [1]. Tema ovog rada je veoma aktuelna, s obziromna to da razvoj OIE predstavlja veliki izazov za budućnost naše drţave i grada. Svetska privreda u velikoj meri zavisi od fosilnih, neobnovljivih izvora energije (nafta, ugalj), od nuklearne energije koja predstavlja potencijalnu opasnost po ţivotnu sredinu i ljudsko zdravlje. Samim tim pitanje energetske sigurnosti i stabilnosti postalo je u poslednjih desetak godina veoma aktuelno pitanje ekonomskog, privrednog i društvenog sistema. Evropska unija se i pored visoke razvijenosti i posvećenosti pitanju energetske sigurnosti takoďe suočava sa problemom smanjenja svog uticaja na ţivotnu sredinu i svoje uloge pri smanjenju ljudskog uticaja na klimu. U samom energetskom sektoru najvaţniji mehanizmi za borbu protiv klimatskih promena su energetska efikasnost i uvoďenje OIE u proizvodnju, distribuciju i potrošnju, odnosno zadovoljenje energetskih potreba. Način korišćenja energije i iskorišćavanja prirodnih potencijala za proizvodnju energije moţe da bude pokretač razvoja odreďenog grada ili zemlje, ali ukoliko se ne uzmu u obzir uticaji na ţivotnu sredinu pri zadovoljavanju potreba za energijom, to moţe dovesti do uspostavljanja potpuno neodrţivog privrednog i društvenog sistema. Iz tog razloga neophodno je da dalji koraci, kada je u pitanju planiranje energetskog sektora, budu sprovedeni na način da se definišu prioriteti razvoja energetskog sektora, da postoji javna i stručna podrška koja će istovremeno obezbediti ekonomski razvoj na principima odrţivog razvoja [37]. Da bi se neki projekat iz oblasti alternativne energetike realizovao, potrebna je kvalitetna procena potencijala i ekonomske isplativosti izabranog geografskog lokaliteta (grada, opštine, pokrajine, drţave) za dobijanje električne i/ili toplotne energije. Takve studije su od ključnog značaja pri izdradi projektne dokumentacije. Jedinice lokalne samouprave u Srbiji nemaju zakonsku obavezu za izradu jednog ovakvog dokumenta, ali njegovo postojanje je veoma značajno. Dokument ovog tipa bi prepoznao potencijale OIE (solarna energija, energija vetra, geotermalna energija, biomasa i td.) i definisao mogućnost za njihovu primenu. Prepoznavanje potencijala OIE je veoma bitan segment za budući odrţivi razvoj grada Novog Sada. Činjenica je da nisu svi OIE ravnomerno zastupljeni, kao i da na području Novog Sada trenutno nema sistemskog korišćenja OIE niti podataka o njihovom korišćenju. Tek pojedini objekti porodičnog stanovanja koriste solarnu energiju, geotermalnu energiju i energiju biomase. Korišćenjem OIE i upotrebom klasičnih i savremenih izolacionih elemenata prilikom izgradnje objekata mogu se napraviti znatne uštede u ukupnoj energetskoj potrošnji Novog Sada. Najveće uštede upotrebom OIE mogu se napraviti u objektima porodičnog stanovanja i manjim poslovnim objektima o čemu će biti reči u radu. - 2 -
2. TEORIJSKE OSNOVE 2.1. Energija Pojam energije je jedan od najvaţnijih u nauci i tehnici, ali se koristi i u svakodnevnom ţivotu. Reč energija je nastala od grčke reči energos, što znači aktivnost. U ljudskoj svakodnevici, ovaj pojam se odnosi na gorivo za pokretanje automobila, grejanje, električnu energiju za osvetljenje i pokretanje ureďaja i aparata, na hranu koju konzumiramo, na solarno zračenje koje nas greje itd. U fizičkom smislu energija predstavlja fizičku veličinu koja se definiše kao sposobnost sistema da izvrši odreďeni rad. Ne moţe se stvoriti ni uništiti, već samo moţe prelaziti iz jednog oblika u drugi. Taj prelaz ili prenos, sa jednog tela na drugo naziva se rad. Snaga predstavlja brzinu tog prelaska, odnosno izvršeni rad u jedinici vremena. Količina energije u zatvorenom prostoru je uvek konstantna. Ova karakteristika predstavlja zapravo zakon o odrţanju energije, koji je postavljen još u 19. veku. Prema meďunarodnom sisitemu mernih jedinica, u čast engleskom fizičaru James Prescott Joule-u (1818-1889), merna jedinica za energiju nazvana je dţul [J]. Kao merna jedinica za energiju se koristi i vat - čas (Wh), pri čemu je: 1Wh = 1 J/s 3600 s = 3600 J Za količinu proizvedene odnosno utrošene električne energije uobičajeno se koriste veće merne jedinice od Wh, kao što su kwh (kilovat - čas), MWh (megavat - čas) i GWh (gigavat - čas) [1]. 2.1.1. Izvori energije Svetska potrošnja energije na kraju 20. veka se povećala deset puta u odnosu na početak veka. Osnovni razlozi su ubrzani tehnološki razvoj i naglo povećavanje broja stanovnika. Glavni izvori enegije u 20. veku bili su neobnovljivi izvori energije kao što su: ugalj, nafta, prirodni gas, nuklearna energija. Dva osnovna problema kod neobnovljivih izvora energije su: ograničene količine degradacija ţivotne sredine Sagorevanjem fosilnih goriva oslobaďa se velika količina ugljen-dioksida (CO 2 ), gasa sa efektom staklene bašte, koji uslovljava globalni porast temperature na Zemlji, ali i niz ostalih problema kao što su oštećenje ozonskog omotača, nestanak šuma, pretvaranje plodnog zemljišta u pustinje, pojava kiselih kiša, izumiranje ţivotinjskih i biljnih vrsta itd. Kod obnovljivih izvora energije, takvih problema uglavnom nema. Najznačajniji obnovljivi izvori energije su: energija vetra, energija Sunca, - 3 -
bioenergija (energija biomase), energija vodotokova, geotermalna energija. 2.1.2. Oblici energije Energija se moţe pojaviti u nekoliko različitih oblika (slika 2.), i to kao: potencijalna energija (posledica poloţaja koji objekat ima u odnosu na druge objekte), kinetička energija (posledica kretanja tela), toplotna energija (posledica zagrejanosti tela), hemijska energija (posledica hemijskih veza izmeďu supstanci objekta), nuklearna energija (posledica nestabilnosti atomskih jezgara), električna energija (posledica kretanja naelektrisanih čestica kroz provodnik), elektromagnetna energija (posledica elektromagnetnog zračenja) [1]. Slika 2. Oblici energije [1] Nabrojani oblici energije, kao i svi ostali koji nisu spomenuti, mogu da prelaze iz jednog oblika u druge i da se koriste za vršenje rada,ali ukupna količina energije je uvek konstantna, odnosno odrţiva. - 4 -
Toplotna energija Pojam toplotne energije je vezan za neprekidno i haotično kretanje atoma i molekula u telima. Odgovarajuća unutrašnja kinetička energija predstavlja toplotnu energiju, jer je u vezi sa temperaturom tela. Toplotna energija je energija haotičnog kretanja mikroskopskih čestica koje grade objekt, tj. energetski udeo sistema koji se povećava sa temperaturom. Toplotna energija prelazi sa jednog objekta na drugi zbog razlike njihovih temperatura. Toplota se prenosi na tri osnovna načina: kondukcijom (spontani prelaz kroz materiju sa toplijeg dela na hladniji deo radi izjednačavanja razlike temperatura), konvekcija (strujanje tečnosti ili gasova kod koga topliji fluid struji prema hladnijem i predaje mu toplotu), zračenjem (toplije telo zrači jačim elektromagnetnim zračenjem) [1]. Električna energija Električna energija je uobičajen oblik energije koji se transformiše u druge oblike energije i koja se koristi za vršenje raznih vrsta rada u domaćinstvu i industriji. Jedan je od oblika energije koji se proizvodi dejstvom elektromagnetnog polja na naelektrisane čestice. Predstavlja trenutno najvaţniji oblik energije koji koristi čovečanstvo jer se relativno jednostavno transportuje i što je najvaţnije jednostavno se moţe pretvoriti u ostale korisne oblike enegije, poput kinetičke i toplotne. Električna energija se trenutno najvećim delom proizvodi iz fosilnih goriva, i to uglavnom iz uglja. Pošto fosilna goriva imaju negativne posledice na okolinu i nisu neiscrpna, sve se više koriste alternativni izvori [1]. 2.2. Dobijanje elektične i toplotne energije iz solarne energije Sunce je jedini neiscrpni izvor koji stoji čoveku na raspolaganju. Energija koju Sunce konstantno šalje na površinu Zemlje u toku jednog dana, mogla bi da pokrije čovekove potrebe za energijom za oko 180 godina. Količina solarnog zračenja koja dospe na površinu Zemlje naziva se insolacija i meri se kao zračenje, odnosno kao energija u jedinici vremena po jedinici površine (ili snaga po jedinici površine). Količina solarne energije na m 2 zemljane površine je poznata kao nivo insolacije. Jedinica koja se najčešće koristi za izraţavanje insolacije je vat po metru kvadratnom (W/m 2 ) [2]. Dnevno na Zemlju stigne oko 960 biliona kw energije, odnosno oko 1,36 kw/m 2. Od te energije oko 30% se gubi kroz sloj atmosfere usled refleksije, difuznog rasipanja i apsorpcije tako da na zemljinu površinu dospeva u proseku oko 1 kw/m 2. Energiju solarnog zračenja primećujemo u obliku svetla i toplote koju primamo. Solarno zračenje je odgovorno i za stalno obnavljanje energije vetra, morskih struja, talasa, vodenih tokova i termalnog gradijenta u okeanima. Već decenijama se solarna energija koristi za generisanje toplote u smislu zagrevanja vode, ţivotnog prostora, kao i za hlaďenje. Zbog rastuće cene fosilnih goriva, kao i zbog jačanja svesti o potrebi očuvanja ţivotne sredine, sve više raste interes za korišćenje solarne energije [4]. - 5 -
Osnovni principi direktnog iskorišćavanja solarne energije su: solarni kolektori - pripremanje vruće vode i zagrevanje prostorija, fotonaponske ćelije - direktno pretvaranje solarne energije u električnu, fokusiranje solarne energije - upotreba u velikim energetskim postrojenjima. 2.2.1.Proizvodnja električne energije direktnim pretvaranjem solarne energije Proces dobijanja fotonaponske energije je u stvari pretvaranje energije fotona u električnu energiju. Zrak svetlosti ustvari predstavlja bujicu fotona koji poseduju odreďenu energiju. Pošto se zrak svetlosti sastoji od elektromagnetnih talasa različitih frekvencija, strujanja fotona imaju različite energije. Fotonaponski efekat je 1838. otkrio francuski fizičar Bekerel, proces pretvaranja solarne energije, zasnovan na fotoelektričnom efektu otkrio je Herc 1887. godine, a prvi ga je objasnio Ajnštajn 1903. godine, za šta je dobio Nobelovu nagradu. Američki naučnici Bel i Labs su 1954. godine napravili prvu fotonaponsku ćeliju,a 1958. godine je počelo njeno korišćenje u komercijalne svrhe. Princip rada fotonaponske ćelije u suštini je jednostavan. Pojedini materijali poput silicijuma (Si) imaju osobinu da pod uticajem solarnog zračenja proizvode električnu energiju. Solarna energija stiţe na Zemlju u obliku fotona i prilikom pada na površinu fotonaponske ćelije, ti fotoni predaju svoju energiju ćeliji. Na taj način uzrokuju izbijanje elektrona iz atoma, koji se u osiromašenom području PN spoja (diode) kreću prema N, a nastale praznine prema P strani Slika 3. šematski prikaz rada fotonaponske ćelije [3] poluprovodnika (ćelije), i na taj način se stvara razlika potencijala, odnosno napon, koji zavisi od intenziteta solarnog zračenja. Ako se kontakti solarne ćelije spoje sa spoljnim potrošačem, kroz osvetljenu ćeliju će poteći struja. Solarne ćelije proizvode napon od 0,5-0,7 V i jačinu struje do 20 ma/cm 2. Da bi se dobio odgovarajući napon, ćelije se moraju spajati (serijski i/ili paraleno). Tako se dobijaju moduli solarnih ćelija u obliku ploče, a one se slaţu jadna do druge u obliku fotonaponske kolektore koji zajedno sa ostalim ureďajima čine fotonaponski sistem [3]. Fotonaponske ćelije se mogu koristiti kao samostalni izvor energije ili kao dodatni izvor energije. Samostalni su: napajanje svemirskih satelita i brodova, obezbeďivanje elektične energije u objektima gde nema distributivne mreţe, - 6 -
za napajanje raznih signalnih i telekomunikacionih ureďaja. Dodatni su: mogućnost priključenja na distributnivnu mreţu (potreban pretvarač, invertor), fasadni i krovni elementi (investicija samu sebe otplaćuje). 2.2.2. Solarni fotonaponski paneli Najzastupljenija upotreba solarnih ćelija je u fotonaponskim panelima. To su ureďaji koji sadrţe solarne ćelije u kojima se vrši direktna transformacija solarne svetlosti u električnu energiju. U svetu i kod nas se odomaćila upotreba termina PV paneli (Photovoltaic). Fotonaponski panel (PV panel) dobija energiju tako što zrak svetlosti pobudi elektrone u diodama solarnih ćelija. Sa PV panela električna energija se dovodi u kontroler (Charge Controller), zatim u akumulator (Battery system) odakle je mogu koristiti potrošači jednosmerne struje ili se preko invertora/pretvarača (Inverter) ta jednosmerna struja pretvara u naizmeničnu za potrebe domaćinstava ili komercijalnu potrošnju. Ukoliko postoji mogućnost isporuke električne energije u distributivnu mreţu potrebno je ugraditi i odgovarajuće brojilo. Pojedine ćelije se slaţu i povezuju u veće celine s ciljem osiguranja odgovarajućeg napona i struje za različite aplikacije. Paralelno sloţene daju veću električnu energiju, dok serijski spojene ostvaruju viši napon. PV paneli mogu biti priključeni na mreţu (on-grid, primer: solarne elektrane) ili se koristiti za dobijanje energije u pojedinačnim objektima, za sopstene potrebe (off-grid, primer: zgrade, domaćinstva) [5]. Slika 4. Off grid PV [5] Slika 5. On grid PV [5] - 7 -
2.2.3. Toplotni solarni kolektori Ovi sistemi predstavljaju čist, nečujan i skoro besplatan način zagrevanja sanitarne vode. Naime, u ovim sistemima energija solarnih zraka zagreva sanitarnu vodu koja se nalazi u kolektorima. Na ovaj način se moţe pokriti čak i do 70% godišnjih potreba za sanitarnom vodom domaćinstva, pri čemu nema ispuštanja produkata sagorevanja u okolinu, niti zagaďivanja okoline, zbog čega ostvaruju značajnu redukciju emisije CO 2. Najvaţniji deo solarnog termalnog sistema je kolektor. Kolektori su najvaţniji deo solarnog termalnog sistema, i dele se na: Panelne (pločaste) - Radni medijum, najčešće voda, prolazi kroz bakarne cevi, smeštene u aluminijumsko kućište, koje je sa gornje strane pokriveno termoizolacionim staklom. Ispod cevi se nalazi termoizolacija adekvatne debljine. Slika 6. Pločasti solarni kolektor [5] Vakuumske - Kolektori se sastoje od staklenih cevi. U svakoj od njih se nalazi staklena cev znatno manjeg prečnika kroz koju protiče voda. Zraci prolaze kroz veću cev, kroz visoko apsorbujući sloj uţe cevi i zagrevaju radni medijum. Ostali deo svetlosti se odbija o refleksnu površinu poleďine cevi i, takoďe, zagreva radni medijum. IzmeĎu spoljne i unutrašnje cevi je vakuum. Slika 7. Vakuumski solarni kolektor [5] Plastične - IzraĎuju se od plastičnih cevčica. Ove cevčice su tamne boje, solarni zraci prolaze kroz njih i greju vodu koja se nalazi u njima. Plastični materijali su dobri termoizolatori, a relativno je mala površina cevčice koja odaje toplotu. Elastičnost materijala sprečava pucanje kolektora, čak i pri temperaturama niţim od nule [5]. Slika 8. Plastični solarni kolektori [5] - 8 -
Parametri koje treba uzeti u obzir prilikom projektovanja fotonaponskih solarnih sistema Jedan kvadratni metar fotonaponskih sistema moţe davati snagu do 150W u trajanju do 30 godina bez odrţavanja. Oni će čak raditi pri difuznom svetlu kad su oblačni dani, ali, naravno, sa manje izlazne snage. Napon proizveden fotonaponskim panelom ostaje pribliţno isti bez obzira na vreme, ali snaga će varirati. Najvaţniji parametar koji treba uzeti prilikom projektovanja fotonaponskih solarnih instalacija je izlazna snaga, a koja je u najvećoj meri zavisi od četiri faktora: maksimalne snage solarnog panela (koja je izraţena u peak - vatima [W p ]), intenziteta solarnog zračenja, broja sati izloţenosti Suncu, ugla izlaganja Suncu [1]. 2.2.4. Solarne termalne elektrane Rade na principu indirektnog pretvaranja solarne energije u električnu, odnosno solarne u toplotnu, a zatim iz toplotne u električnu putem parnih turbina. Zbog potrebe za visokim temperaturama, gotovo sve vrste solarnih termalnih elektrana rade na principu koncentrisanja (fokusiranja) solarnog zračenja sa velikog prostora na malu površinu. Zbog toga se ove elektrane zovu i koncentrisane solarne termalne elektrane (CSP - Concentrating Solar Power). Sadrţe sledeće komponente: parabolične lukove sisteme centralnog prijemnika (heliostate) parabolične tanjire (sistem sa Stirlingovim motorom) Pomoću reflektora fokusira se energija solarnog zračenja na kolektor (prijemnik), na jednu liniju (kod paraboličnih reflektora) ili u jednu tačku (kod sferičnih reflektora). Na taj način se stvara velika količina toplote, usled čega se voda zagreva na visoke temperature od 200 C do 1000 C, stvara se para koja se, kao i u konvencijalnim elektranama, koristi za proizvodnju električne energije pomoću parnih turbina i generatora. Ovakve elektrane mogu imati vrlo velike snage (do 354 MW), a njihov osnovni nedostatak je u tome što je potreban veliki prostor. To se rešava na taj način što se elektrane grade u nenaseljenim područjima npr. u pustinjama, gde je i snaga solarnog zračenja najizraţenija. Velika prednost je povećana efikasnost ovakvih sistema skladištenjem toplotne energije. Na taj način omogućeno je da se električna energija proizvodi dok sunce ne sija (tokom noći i po lošem vremenu), zahvaljujući energiji koja se skladišti. Pošto nemaju štetnih produkata prilikom proizvodnje električne energije, a efikasnost im je velika (20-40 %), pretpostavka je da će nastaviti svoju ekspanziju i u budućnosti. Kako je količina energije koja pada na površinu zemlje izuzetno velika, izgradnjom takvih elektrana na sunčanim nenaseljenim područjima (npr. u pustinji Sahari), energujom bi se moglo snabdevati veliki broj potrošača [1]. - 9 -
2.3. Dobijanje elektične energije iz energije vetra Vetar kao prirodna pojava, proizvod hlaďenja i grejanja atmosfere, predstavljao je predmet interesovanja kroz vekove. Čovečanstvo koristi snagu vetra, od starih vetrenjača koje su se koristile za ispumpavanje vode ili za mlevenje ţita, pa do savremenih postrojenja, vetrogeneratora, ekvivalenta vetrenjačama, u kojima se energija vetra konvertuje u električnu energiju. Energija vetra je kinetička energija vazduha koji struji, odnosno kretanje vazduha uslovljeno neravnomernim zagrevanjem Zemljine površine od strane Sunca. Tako je vetar zapravo transformisani oblik solarne energije, na čije karakterisitke u velikoj meri utiču i geografski činioci. Računa se da se nešto manje od 3% solarne energije koja padne na Zemlju pretvori u vetar. Vetar je besplatan i neiscrpan energetski resurs. Proizvodnja električne energije iz vetra počela je da se razvija tridesetih godina prošlog veka. Tada se pristupilo izgradnji prvih vetroagregata za konverziju energije vetra u električnu. MeĎutim, razvojem velikih hidro, termo i nuklearnih elektrana, vetroagregati, ekonomski i tehnički nekonkurentni, pali su u zaborav. Iscrpivost rezervi fosilnih goriva i ekološki problemi izazvani njihovom eksploatacijom, doveli su početkom devedesetih godina prošlog veka do nagle ekspanzije vetroagregata. Vetroenergetika je mlada grana energetike koja se intenzivno razvija u pogledu tehnološkog razvoja vetroagregata, ali i u pogledu njihove izgraďene instalisane snage. Kod pretvaranja kinetičke energije vetra u mehaničku, iskorišćava se samo razlika brzine vetra na ulazu i izlazu. Vetrogeneratori počinju da proizvode električnu energiju pri brzinama vetra od oko 3 m/s, pa sve do 25 m/s. Postavljanje vetroparkova (farmi vetroelektrana), ekonomski je isplatljivo ukoliko vetar duva godišnje preko 2.800 časova prosečnom brzinom od oko 6 m/s (godina ima 8.760 časova). Da bi se to postiglo potrebno je odabrati pogodnu lokaciju [6]. 2.3.1. Vetrogenerator Vetrogenerator (vetroelektrana) je postrojenje za konverziju kinetičke energije vetra u električnu energiju. Postoje različite konstrukcije vetrogeneratora. Cilj je da se postigne što viši stepen iskorićenja i stabilan rad u što širem opsegu brzina vetra. Postoje vetrogeneratori sa: vertikalnom osovinom horizontalnom osovinom Kod vetrogeneratora sa vertikalnom osovinom vetar struji normalno na osu rotacije, pa se one ne moraju usmeravati prema smeru duvanja vetra. Kod njih se generator postavlja u podnoţje turbine, te nisu potrebni jaki tornjevi. Vertikalno vratilo ima Darriusova turbina, (slika 9a). Ime je dobila po inţenjeru George Darrius-u (patent iz 1931. god). Darrius-ova turbina se obično gradi sa dva ili tri luka. Vetrogeneratori sa vertikalnom osovinom generalno imaju nizak stepen iskorićenja, pa se iz tog razloga danas praktično ne koriste za vetroagregate većih snaga. Vetrogeneratori sa horizontalnom osovinom mogu biti postavljeni uz i niz vetar. Vetrogeneratori postavljeni niz vetar se same prilagoďavaju smeru vetra. Nedostatak im je što lopatice pri rotaciji prolaze kroz zavetrinu stuba, čime se stvaraju mehaničke vibracije i buka. Osim toga stub stvara i turbulencije što smanjuje efikasnost vetrogeneratora, pa se ovaj koncept ne koristi za veće snage. Moderni vetrogeneratori se grade sa horizontalnom osovinom koja ima sistem za - 10 -
zakretanje osovine u horizontalnoj ravni za praćenje promene smera vetra. Mogu imati različit broj lopatica, ali se za veće snage najčešće koriste tri lopatice jer daju najveći stepen iskorićenja (slika 9b). Prečnik rotora (radnog kola ili elise) ovih turbina zavisi od snage i kreće se od 30m za snagu od 300 kw do 115 m za snagu od 5 MW. Vetrogenerator se postavlja na vertikalni stub koji, u zavisnosti od prečnika rotora turbine, moţe biti visok i preko 100 m [7]. Slika 9. a) Turbina sa vertikalnom osnovom b) Turbina sa horizontalnom osnovom [7] Izbor lokacije za podizanje sistema je od presudnog značaja i podrazumeva prethodna merenja vetropotencijala, tj. brzine vetra na potrebnoj visini u toku različitih perioda godine. Na brzinu vetra utiče i konfiguracija terena pa se zbog toga vetrogeneratori podiţu na visokim tornjevima. S obziromna to da konvertovana energija vetrogeneratora dramatično raste sa porastom brzine vetra, lokacije gde se povećavaju gustina i brzina vazduha koji struji su najpodesnije za ekploataciju energije vetra. To su područja na kojima duvaju, takozvani stalni (planetarni) vetrovi,vrhovi brda, obale okeana, pučine mora. Uobičajeno lociranje na vrhovima brda i na područjima gde duvaju stalni vetrovi je najisplativiji vid iskorišćavanja energije vetra. Zbog efikasnosti i ekonomske isplativosti vetrogeneratori se uglavnom instaliraju u većem broju, poput vetroparkova na kopnu i moru (off shore) ili vetrofarmi. Nemačka, Španija, Danska, Italija, Francuska, Portugal i Irska su evropske zemlje koje prednjače u upotrebi energije vetra. Posebno se na osnovu instalisane snage izdvajaju: Nemačka (26,4GW) i Španija (20,7GW), a daleko iza njih po proizvodnji su Velika Britanija (5,2GW), Francuska (5,2GW) i Italija (4,9GW). Nemačka je lider u proizvodnji električne energije iz vetra sa više od jedne trećine ukupno instalirane snage vetrogeneratora u svetu. Najveća izgraďena vetrogenerator na svetu nalazi se u Emdenu, u Nemačkoj, sa širinom od 126 m i sa kapacitetom oko 6 MW, koja moţe da proizvode 20000 MWh električne energije godišnje i time obezbedi dovoljnu količinu energije za 5000 domaćinstava u Evropi i oko 1800 domaćinstava u SAD-u. - 11 -
2.3.2. Princip konverzije energije vetra u električnu Vetrogenerator pretvara kinetičku energiju vazduha koji se kreće (vetra) pomoću lopatica rotora (elise), prenosnog mehanizma i elektrogeneratora u električnu energiju. Energija dobijena iz vetra zavisi od srednje brzine vetra. Vetrogenerator ne moţe da transformiše celokupnu kinetičku energiju vetra koji struji kroz površinu koju obuhvataju kraci rotora. Albert Dec, nemački fizičar je 1919. godne dokazao da se maksimalno 59% (teorijski) ukupne kinetičke energije vetra moţe pretvoriti u mehaničku energiju rotora vetrogeneratora, a u praksi je danas to od 35% do 45%. Šema vetrogeneratora prikazana je na slici 10. Konverzija kinetičke energije vetra u obrtno kretanje turbine se vrši zahvaljujući aerodinamičkom profilu lopatica vetrogeneratora. Većina turbina ima tri lopatice. Vetar duva preko lopatica podiţući ih, što dovodi do rotacije. Kočnica sluţi da zaustavi rotor u slučaju opasnosti ili servisiranja. Brzinu obrtanja vetrogeneratora (koja iznosi nekoliko desetina obrtaja u minuti) obično je potrebno prilagoditi zahtevanoj brzini generatora. Zato se koristi mehanički reduktor. Električni generator (vetrogenerator), moţe biti sinhroni ili indukcioni (asinhroni), pri čemu moţe raditi sa fiksnom ili promenljivom brzinom obrtanja. Rotor je vezan za kućište, koje je postavljeno na toranj. Tornjevi su napravljeni od cevastog čelika ili čelične mreţe. Generator se naponski prilagoďava EES-u pomoću energetskog transformatora. Sistem za okretanje sluţi za regulaciju poloţaja rotora, kako bi uvek bio okrenut ka vetru [8]. Slika 10. Konstrukciona šema vetrogeneratora [8] 2.4. Dobijanje toplotne energije iz geotermalne Pod geotermalnom energijom podrazumeva se energija koja moţe da se preuzme iz vode, zemljišta i stena čija temperatura prelazi 10 C. Geotermalna energija u Zemlji vodi poreklo još od nastanka naše planete pre 4,5 milijardi godina. Temperatura u središtu Zemlje je oko 6000 C i tu se neprestano odvijaju termonuklearne reakcije. Toplota iz usijanog jezgra se kreće ka površini Zemljine - 12 -
kore. Čoveku je na raspolaganju samo mali deo te energije u površinskom delu, dubokom do nekoliko kilometara. Kako se spušta dublje kroz koru Zemlje, tako otkprilike na svakih 36m, temperatura raste za 1 C. Potencijal geotermalne energije je ogroman, geotermalni resursi se nalaze svuda, u različitoj meri i njena upotreba je ekološki i ekonomski vrlo prihvatljiva. Lako je dostupna skoro na samoj površini, poseduje širok opseg temperatura i pogodna je za korišćenje na više načina. Geotermalni resursi mogu da se koriste na dva načina. Prvi je konvencionalan, i on funkcioniše tako što se koriste već postojeći rezervoari tople vode. Drugi tip je EGS (Enchanced Geothermal System, slika 11) kod koga se veštački prave pukotine u vrelim stenama, gde se naknadno ubrizgava tečnost. Ovaj tip se koristi u područjima koja imaju geotermalni potencijal, ali su suva, ili u područjima gde je pritisak vode neadektvatan. Smatra se da EGS ima veći potencijal od konvencionalnog [9]. Slika 11. EGS sistem [9] 2.4.1. Korišćenje geotermalne energije za dobijanje toplote Najjednostavniji i najperspektivniji način iskorišćenja geotermalne energije predstavlja direktno korišćenje toplotne energije za različite namene u poljoprivredi, industriji i komunalnom grejanju. Direktno korišćenje moţe biti samostalnoili kombinovano sa drugim (konvencionalnim) energetskim izvorima. Prvo je, naravno, potrebno ekspandovati geotermalnu energiju iz pare, vruće vode, odnosno iz vrućih kamenih slojeva zemljine unutrašnjosti. Uspeh tog procesa zavisi od toga koliko će se voda zagrejati, a što opet zavisi od toga koliko je vruće kamenje bilo u startu i koliko vode se ispumpava. Nakon toga se uvodi pumpa, odnosno spušta kroz tzv. injection well (odnosno otvor za ubrizgavanje), koja prolazi kroz pukotine vrućih slojeva zemlje, pa se zatim kroz tzv. recovery wel (odnosno povratni otvor) vraća nazad na površinu pod velikim pritiskom koja se pritom pretvara u paru kada doďe do površine. Toplotna geotermalna energija je našla primenu u mnogim sferama ljudskog delovanja, a neke od tih su: industrijska upotreba, primena u rekreativno - balneološke svrhe, akvakultura, staklenici i plastenici, sistem za grejanje tla i vazduha, kombinovano korišćenje geotermalne energije. - 13 -
2.4.2. Toplotne pumpe Toplotne pupme su jedna od mogućih upotreba geotermalne energije. Toplotne pumpe su rashladne mašine koje prenose toplotnu energiju iz jednog prostora u drugi tako što jedan prostor rashlaďuju, a drugi prostor zagrevaju, kao što je prikazano na slici 12. Da bi se ostvario prenos toplotne energije potrebno je da se uloţi odreďena, najčešće, električna energija za rad kompresora. Suština i glavni razlog za primenu toplotnih pumpi leţi u njihovoj efikasnosti: za prenos toplotne energije troši se samo 20-30% prenete energije. Toplotna pumpa potroši 1kWh električne energije za prenos toplotne energije 3-4 kwh. Ako se toplotna energija koja se prenosi dobija besplatno, na primer, korišćenjem niskotemperaturne geotermalne energije (10-20 C), višestruko se smanjuje cena dobijene energije za korisnika. Klimatski uslovi u Srbiji su idealni za primenu toplotnih pumpi. Pumpe u zimskom periodu rade u reţimu grejanja, a leti u reţimu hlaďenja. Time se izbegava investicija u dodatnu opremu za hlaďenje. Primenom toplotnih pumpi troškovi za grejanje se smanjuju 3-4 puta. Ukoliko se toplotne pumpe koriste u kombinaciji sa podnim i zidnim grejanjem ostvaruje se termoakumulacioni efekat. Na taj način je omogućeno da se u velikom delu grejne sezone koristi električna energija po noćnoj tarifi čime se cena grejanja smanjuje još 3-5 puta. Grejanje pomoću toplotnih pumpi je jeftinije 9-16 puta u poreďenju sa ekvivalentnim grejanjem na fosilna goriva, drvo ili električnu energiju u klasičnim kotlovima. Korišćenje električne energije u toku noći ima višestruke prednosti: potrošnja se obavlja kada postoje viškovi električne energije i smanjuju se vršna opterećenja u toku dana čime se ostvaruje bolja regulacija elektroenergetskog sistema [12]. Slika 12. Princip rada toplotne pumpe [11] 2.5.Dobijanje toplotne i električne energije kogeneracijom biomase Postoji više pristupa u definisanju pojma biomase. Trebalo bi da obuhvata sve vidove mase biljnog porekla. Ukoliko se govori o obnovljivim izvorima energije, tada je definicija delimično suţena. Definicija biomase kao obnovljivog izvora energije data je u - 14 -
dokumentu EU: BIOMASS Ordinance on Generation of Electricity from Biomass [12], Tabela 1. Tabela 1. Opis materijala koji spadaju ili ne pod pojam biomasa u smislu korišćenja obnovljivih izvora energije [12] Biomasa kao obnovljiv izvor energije Podrazumeva Ne podrazumeva Biljke i delove biljaka. Fosilna goriva, uključujući treset. Gorivo dobijeno od biljaka i delova biljaka, Mešavina gradskog otpada. čije su sve komponente i meďuproizvodi Ostaci drveta koji sadrţe polihlorovane proizvedeni od biomase. bifenile ili polihlorovane trifenile, ţivu i Ostatke i nusproizvode biljnog i ţivotinjskog druge štetne materije koje se, pri porekla u poljoprivredi, šumarstvu i termičkom korišćenju drveta, emituju u komercijalnoj proizvodnji riba. količinama preko dozvoljenih granica. Biološki otpad kao što su: Papir, karton, tekstil. biorazgradivi otpad procesa Kanalizacioni otpad. u prehrambenoj industriji, Delovi tela ţivotinja. biorazgradive materije ostataka iz kuhinje, separirani biološki otpad iz domaćinstava i preduzeća, biorazgradiv iotpad iz drvne industrije i otpad odrţavanja okoline. [Neophodno je da ova vrsta otpada ima toplotnu moć od najmanje 11 MJ/kg (kriterijum zaštite ţivotne sredine)] Otpadno drvo pri preradi drveta i u industriji drvenih materijala Biomasa obuhvata: primarne proizvode - nastaju direktnim fotosintetskim korišćenjem solarne energije, a obuhvataju biljne kulture i drvo, ostatke povrća, nusproizvode i otpad iz industrije, pre svega drvne i poljoprivredne sekundarne proizvode - indirektno koriste solarnu energiju, nastaju razgradnjom ili konverzijom organske materije (na primer ţivotinja) i obuhvataju celokupni plankton, stajnjak i kanalizacioni otpad. Bioenergija se moţe dobiti direktnim sagorevanjem čvrste biomase (šumska biomasa) ili sagorevanjem biogoriva dobijena iz biomase, i to: tečna (bioetanol, biometanol i biodizel) i gasovita (biogas, deponijski gas). S druge strane, biomasa se moţe podeliti na: biomasu iz šumarstva, poljoprivrednu biomasu, energetske zasade, biomasu sa farmi ţivotinja i gradski otpad. Biomasa se kao i fosilna goriva sastoji od: ugljenika (C), vodonika (H), kiseonika (O), azota (N), sumpora (S), mineralnih materija (a) i vlage (w), što zavisi od vrste od koje biomasa potiče, mada se njen sastav i tada u odreďenim granicama menja. - 15 -
Od vaţnijih karakteristika koje su značajne za elementarni sastav biomase su pre svega: manji sadrţaj ugljenika i vodonika u odnosu na fosilna goriva, veliki sadrţaj kiseonika čime se smanjuje toplotna moć slame, mali udeo azota i sumpora (kojeg ima samo u tragovima), što biomasu kao biogorivo u velikoj meri čini ekološkim energentom, relativno mali udeo mineralnih materija, koje i pored malog udela usloţnjavaju proces sagorevanja biomase (zbog niske temperature topljenja pepela), promenljivi udeo vlage, što se u loţištu moţe manifestovati kao da se sagorevaju dva potpuno različita goriva. Bez obzira na vrstu sirovine i njen hemijski sastav, energija se proizvodi radi: proizvodnje toplote, proizvodnja električne struje, kogeneracije (CHP) [13]. 2.5.1. CHP sistemi CHP sistemi predstavljaju postrojenja koja istovremeno proizvode i električnu i toplotnu energiju. Predstavljaju često primanjivanu i efikasnu metodu za iskorišćavanje energije uskladištene u biomasi iz različitih izvora. Preduslov za njihovu implementaciju je dovoljno visoka potreba za toplotnom energijom u odreďenom području. Proizvodnja električne energije, kao i efikasnost goriva, faktori si koji ove sisteme čine prvom izborom pri koncipiranju energetskih sistema srednjih i velikih kapaciteta baziranih na termičkoj obradi biomase. Kogeneracija koristi otpadnu toplotu, koja uvek nastaje prilikom dobijanja električne energije, čime se sprečava njeno ispuštanje u atmosferu. iskorišćavanja toplotne moći Slika 13. Stepen efikasnosti odvojene i spregnute proizvodnje [14] Kogeneracija moţe da iskoristi većinu te, inače izgubljene, toplotne energije, čime se dobija znatno bolja iskorišćenost goriva i značajne uštede, što sve rezultira u energetskoj uštedi 20% - 40%. Svi izvori zagaďenja prirodne sredine mogu se iskoristiti kao energenti. Onda se takve - 16 -
materije ne bi slivale u reke, odlazile u atmosferu i zagaďivale čovekovu sredinu, već bi se u energetskim centralama pretvarale u energiju. Ovakav način dobijanja struje je tri do četiri puta efikasniji, profitabilniji i ekološki čistiji od proizvodnje u termoelektranama i toplanama. Tehnologija kogenerativne produkcije i iskorišćenja električne i toplotne energije obezbeďuje sledeće: pouzdano snabdevanje električnom i toplotnom energijom, što je potvrďeno kod velikog broja korisnika širom sveta; visoku ukupnu efikasnost procesa rada i preko 80%; povećano iskorišćenje energije primarnog goriva za dobijanje električne i toplotne energije za 15% - 45%, čime se postiţu značajni ekonomski i ekološki efekti, tj. smanjuju se štetni efekti na ţivotnu sredinu. minimum 10% smanjenja pogonskih troškova u odnosu na konvencionalna postrojenja; smanjuje se emisija ugljen - dioksida u atmosferu od najmanje 10% u poreďenju sa klasičnim tehnologijama rada konvencionalnih postrojenja; smanjenje potreba za centralizovanu produkciju električne energije, a samim tim i gradnju velikih postrojenja, koja uglavnom koriste fosilna goriva i čiji su gubici u distributivnim mreţama veliki. Manja kogenerativna postrojenja mogu da koriste obnovljive energente i, osim toga, gubitak energije u mreţama je mali, pošto su korisnici energije locirani u blizini [14]. U kogeneracionoj proizvodnji električne i toplotne energije iz biomase dominira tehnologija sagorevanja čvrste biomase u loţištima termoenergetskih postrojenja. Razlikuju se dva tipa sagorevanja čvrste biomase: samostalno, u postrojenjima manje i srednje snage i kombinovano, sa fosilnim gorivima (najčešće ugljem) u postrojenjima srednje i velike snage. Iako je troškovno najpovoljniji način korišćenja biomase u proizvodnji električne energije kombinovano sa ugljem u termoelektranama, podsticajne mere u mnogim razvijenim zemljama omogućile su ekspanziju postrojenja koja kao gorivo koriste isključivo biomasu. Kapacitet postrojenja za samostalno spaljivanje biomase (na rešetki ili u fluidizovanom sloju) odreďen je pre svega količinom goriva koje se na ekonomičan način moţe prikupiti i transportovati na lokaciju elektrane. Ograničena raspoloţivost goriva i visoki transportni troškovi uslovili su izgradnju postrojenja manjeg kapaciteta koja tek u retkim slučajevima premašuju 30 MWe. U poreďenju sa elektranama na ugalj, postrojenja u kojima se koristi biomasa su skuplja i manje efikasna. Električna iskoristivost postrojenja sa samo krutom biomasom, u pravilu je niţa od 20% za postrojenja kapaciteta do 5 MWe, a retko kada premašuje 30% kod većih postrojenja. Tek novija postrojenja kapaciteta većeg od 20 MWe, koja su izgraďena nakon 2000. godine postiţu iskoristivost veću od 30% zahvaljujući primeni modernizovanih tehnologija sagorevanja, korišćenjem goriva bez ili sa vrlo malim sadţajem vlage i podizanjem parametara pare (iznad 100 bar i 500 C) [38]. U tabeli 2 sumarno su prikazane osnovne karakteristike sistema za kogeneraciju, primenljivih za biomasu. - 17 -
Tabela 2. Osnovne karakteristike sistema za kombinovanu proizvodnju električne i toplotne energije [40] Sistem Prednosti Nedostaci Q/E Parnoturbinska postrojenja ORC postrojenja Stirling motori Toplo - vazdušne turbine Motori na biljna ulja Gasni motori (biogas) Gasni motorisa samopa - ljenjem Gasne turbine Mikroturbine Gorive ćelije Visoki ukupni stepeni korisnosti; Moţe da se koristi bilo koje gorivo; Mogućnost zadovoljenja različitih potreba za toplotnom energijom; Dug radni vek; Visoka pouzdanost; Moţe da se variraodnos proizvodnje električne i toplotne energije; Dobra kompaktnost postrojenja; Niski troškovi odrţavanja; Visok stepen automatizacije; Širok opseg toplotnih izvora; Jednostavnija konstrukcija od drugih tipova motora; Mogućnost upotrebe bilo koje vrste goriva; Vazduh nakon izlaska iz procesa moţe da se upotrebi za direktno sušenje; Visoki stepeni korisnosti; Jednostavno rukovanje; Širok opseg snaga; Povoljan i za niţesnage; Visoki stepeni korisnosti; Povoljan i za niţesnage; Brz start; Visok stepen električne korisnost i pri smanjenim opterećenjima; Povoljan i za niţe snage; Visoka pouzdanost; Mala emisija; Toplota visoke temperature; Ne zahteva hlaďenje; Mogućnost upotrebe svih vrsta goriva; Brz start; Pouzdanost u radu; Niska emisija; Visok stepen korisnosti pri svim opterećenjima; Spor start; Nizak odnos proizvedene električne u odnosu na toplotnu energiju; Nepovoljne performanse u slučaju promene reţima rada; Visoke investicije; Nizak električni stepen korisnosti; Količina radne materije s vremenom se smanjuje usled procesa difuzije; Nizak električni stepen korisnosti; Mala specifična snaga; Zahtev za posebnim materijalima; U fazi razvoja; Upotreba goriva visoke cene; Zahteva redovno odrţavanje; Viša cena goriva; Visoki troškovi odrţavanja; Visoka cena goriva; Nizak električni stepen korisnosti pri niskim opterećenjima; Potencijalni zastoji; Visoki troškovi odrţavanja; Visoke investicije; Visoka cena; Nizak električni stepen korisnosti u poreďenju sa gasnim turbinama; Visoka vrednost investicije; Kratak radni vek; Korišćenje skupog goriva; 2:1 do 7:1 4,5:1 do 5:1 5,5:1 do 6:1 1:1 do 1,3:1 1:1 do 1,3:1 1:1 do 1,3:1 1,5:1 do 5:1 4:1 do 1,2:1 0,5:1 do 1:1 Uobičajne snage 0,5 250 0,005 3 <0,1 0,03 0,25 0,05 5 0,25 2,5 0,05 5 0,5 250 0,015-0,35 0,01 100-18 -
3. PRIMERI PRIMENE 3.1.Grad Beč, Austrija Beč već godinama sprovodi različite projekte koji ne samo da dovode do smanjenja potrošnje fosilnih goriva, već odrţavaju kvalitetu ţivota graďana na visokom nivou. Grad pridaje veliku vaţnost iskorišćavanju obnovljivih izvora energije i sprovodi projekte koji pokrivaju niz različitih izvora i tehnologija. Grad Beč pokrenuo je 2006. godine projekat Sunce za Beč kako bi podstakao korištenje solarne energije. Cilj je bio informisati stanovnike austrijskog glavnog grada o prednostima korišćenja solarne energije, podstaći stanovnike na njihovu upotrebu putem ciljanih bespovratnih sredstava. Sredstva koja su izdvojena za ugradnju solarnih sastava za proizvodnju električne energije i grejanje u 2006. godini iznosile su oko 2.000.000 evra. U gradu su postavljena 93 fotonaponska panela za proizvodnju električne energije, koji proizvode 426 MWh električne energije godišnje. Osim bespovratnih sredstava za graďane, Beč je započeo i izgradnju solarnih postrojenja za grejanje i proizvodnju električne energije koja bi napajala zgrade javne namene u vlasništvu grada. Slika 14. Vetroelektrane na juţnom ulazu u Beč [15] Slika 16. Kogeneracijsko postrojenje na biomasu u Simmeringu [15] Slika 15. Solarni paneli u Beču [15] Budući da se na severnom i juţnom delu Beča nalazi predeo pogodan za izgradnju vetroelektrana, grad je pokrenuo njihovu primenu. Trenutno se u okolini Beča nalaze tri 70m visoke vetroelektrane u Breitenlee-u u opštini Donaustadt, kao i tri vetroelektrane u Unterlaa-u u opšini Favoriten. Iz tih se postrojenja trenutano snabdeva električnom energijom oko 5.500 bečkih domaćinstava. - 19 -
Na području grada Beča izgraďena je i najveća evropska elektrana na biomasu. Postrojenje se nalazi u opštini Simmering, a s radom je započeto 2006. godine. Postrojenje godišnje koristi oko 200.000 tona drvnog otpada i graďe, snabdeva električnom energijom 48.000 domaćinstava, a toplotnom energijom još 12.000 domaćinstava. Izgradnjom ovakvog postrojenja grad Beč je ostvario godišnju uštedu od oko 47.000 tona loţ-ulja ili 72.000 tona uglja,i smanjio emisije ugljen-dioksida za 144.000 tona godišnje. Izgradnjom postrojenja na biomasu u opšini Simmering, postignuti su se značajne ekonomske prednosti korišćenja postojeće infrastrukture (instalacije, dostupan javni prevoz), kao i postojeći resursi za odrţavanje postrojenja. Sporazum sklopljen izmeďu socio-demokrata i stranke Zelenihu Beču bila je presudna pokretačka snaga u razvijanju projekata obnovljivih izvora energije. Saradnja ove dve stranke je uvrstila 23 zelena projekta kao deo političkog programa, od kojih je jedan opisano kogeneracijsko postrojenje na biomasu u opštini Simmering. Jedanod ključnih predslova za korišćenje projekta biomase je postojanje podsticajnog zakonodavnog okruţenja. Postavljeni ambiciozni ciljevi o dostizanju značajnog udela obnovljivih izvora energije u austrijskom Zakonu o proizvodnji električne energije iz obnovljivih izvora energije iz 2002. godine bili su glavni podsticaj i pokretač u ostvarivanju zadanih ciljeva bečkom dobavljaču električne energije. Jedan od ciljeva Zakona bilo je i ostvarivanje značajnog udela električne energije u iznosu 78,1% proizvedene iz OIE do 2010. Austrijska energetska agencija aktivno je učestvovala na promociji korišćenja obnovljivih izvora energije u području energetike i zaštite ţivotne sredine. Saradnja svih drţavnih institucija, uz podršku graďana, omogućila je Beču da se razvija u pravcu OIE i odrţivog razvoja i samo je pitanje vremena kada će Beč postati u potpunosti energetski nezavistan od fosilnih goriva [15]. 3.2. Grad Barselona, Španija Strategija i politika povećanja korištenja obnovljivih izvora energije kao i smanjenje upotrebe fosilnih goriva u gradu Barseloni već neko vreme dostiţu značajne rezultate. Za to je pre svega zasluţno Gradsko veće Barselone koje je donelo poseban propis: Pravilnik ugradnje solarnih kolektora zastambene zgrade (Solar Thermal Ordinance (STO)). Cilj Pravilnika je da se regulacijom kroz lokalno zakonodavstvo poveća korišćenje obnovljivih izvora energije. Barselona je prvi evropski grad koji je doneo ovakav Pravilnik. Pravilnik donosi obavezu ugradnje solarnih kolektora u svim renoviranim zgradama, novim zgradama ili zgradama kojima se menja nemena, kako u privatnom tako i u javnom sektoru. Prvi evropski Pravilnik o solarnoj energiji zahteva od stambenih i poslovnih zgrada pokrivanje minimalno 60% potreba za toplom vodom iz solarnih kolektora. Grad Barselona je izradio prvi predlog ovog Pravilnika 1998. godine. Pravilnik je odobren od strane Gradskog veća 1999. godine, a nakon jednogodišnjeg zastoja, tokom kojeg su izvršene izmene i prilagoďavanja, stupio je na snagu u avgustu 2000. godine. U ovoj prvoj fazi Pravilnik je propisao da nove zgrade i one koje se renoviraju, a koriste više od 0,8 MW energije dnevno za pripremu potrošne tople vode, zadovolje minimalno 60% svojih potreba za toplom vodom iz solarnih kolektora. Zatim svi komercijalni objekti te stambene zgrade s više od 16 apartmana, morale su da sprovode odredbe pravilnika. TakoĎe je propisano da će se sve zgrade koje su manje i ne pripadaju gornjoj grupi subvencionisati, da se kod grejanja vode za bazene 100% potreba za energijom mora zadovoljiti iz solarnih kolektora itd. - 20 -
2006. godine Barselona je nadogradila postojeći propis i eliminisala uslov minimalne dnevne potrošnje od 0,8 MW. Pravilnik se sada primenjuje na sve nove zgrade i one koje se renoviraju, nebitno kolike su njihovoj veličine i kakve su namene. Od tada se pravilnik odnosi na: nove zgrade ili konstrukcije, obnovu zgrade ili konstrukcije, promenu namene zgrade ili konstrukcije, stambeni sektor, zdravstveni sektor, sportske graďevine, komercijalni sektor, industrijski sektor (ako je topla voda potrebna za industrijski proces ili ako postoje tuševi za osoblje), bilo koju drugu graďevinu koja podrazumeva upotrebu kuhinje, umivaonice ili kolektivna kupatila. Izuzetke od Pravilnika čine samo graďevine koje zadovoljavaju svoje zahteve za energijom iz kogeneracije te one koje ne mogu dobiti dovoljno solarne energije. Ključ za uspeh ovog projekta je i adekvatna edukacija ljudi za upotrebu i odrţavanje solarnih panela. Sprovedena je uspešna kampanja edukacije, poznatu kao kampanja od vrata do vrata. Ista podrazumeva saradnju sa Skupštinom stanara i upravnicima zgrada kako bi se osiguralo da stanari mere svoje uštede energije i proveravaju da li solarne instalacije pravilno rade. Otvoren je i informativni centar koji radi 6 dana u nedelji, u kojem graďani mogu dobiti informacije o korištenju solarnih kolektora i odrţavanju istih. Kao pozitivna posljedica provedbe ovog projekta ostvarene su sledeće uštede: preko 25.000 MWh energije godišnje, proizvedena energija iz solarnih kolektora jednaka je zahtjevima za toplom vodom za populaciju od 45.000 stanovnika, odnosno za potrebe oko 20 zdravstvenih centara sa 1.400 kreveta, Barcelona je povećala za više od 20 puta površinu instaliranih solarnih kolektora u gradu, od 1,1 m 2 na 1.000 stanovnika u 2000. godini do 19 m 2 na 1.000 stanovnika u martu 2005. godine, zahtevi za izdavanje licence za instalaciju solarnih panela povećane su sa 1 650 m 2 u 2000. godini do 31 000 m 2 u 2005. godini, 20% ukupnog solarnog toplotnog kapaciteta predviďenog za zgrade je instaliran i u funkciji, energetski plan za povećanje energetske učinkovitosti grada Barcelone premašiće svoje postavljene ciljeve - umesto planiranih 96.300 m 2 solarnih kolektora instaliranih u gradu do 2010. godine biti će instalirano 100.000 m 2. Kao prvi pravilnik ovog tipa koji je usvojio veliki europski grad, Pravilnik je bio predstavljen mnogim autonomnim telima, lokalnim samopravama, gradovima i institucijama. Na teritoriji drţave Pravilnik iz Barselone iz 2006. godine doprineo je da se izmeni deo nacionalnog zakonodavstva koji sada zahteva minimalne količine solarnih kolektora i fotonaponskih modula u novim i obnovljenim graďevinama. Neki veći gradovi, uključujući Sevilju, Madrid, Burgos i Pamplonu, sledili su Barselonu i propisali pravilnike sa stroţim zahtevima od onih u nacionalnom zakonodavstvu. Pravilnik je pripremljen i odobren zahvaljujući političkoj volji lokalne uprave za podsticaj solarne toplotne energije u Barseloni. Od uvoďenja tog pravilnika, godišnje uštede energije iznose više od 25.000 MWh uz smanjenje emisije ugljen dioksida preko - 21 -
4.300 tona. Ovaj Pravilnik je jedinstven i prvi takav u Evropi, dobar primer je ostalim gradovima. Danas ga koristi više od 20 španskih gradova i opština [15]. 3.3. Banja Junaković, Srbija Najznačajniji i najveći korisnici geotermalne energije u Srbiji su banje. Upotreba ove energije je uglavnom u balneološke svrhe, sa oko 60- tak banja koje koriste geotermalnu podzemnu vodu za banjsko lečenje, sport i rekreaciju. Banja Junaković primer je dobre prakse. Nalazi se u severozapadnom delu Srbije, u Vojvodini, 4 km od Apatina i na 20km od regionalnog centra Sombora. Sastoji se od smeštajnih i rehabilitacionih objekata, kao i rekreativnih objekata za najširi krug posetilaca: letnji otvoreni bazeni (olimpijski bazen za plivanje, rekreativni bazen sa toboganom i skakaonicom, jedan termalni bazen i tri dečja bazena), teniski tereni i šetalište. Slika 17. Poloţaj banje Junaković na mapi AP Vojvodine [16] Koriste se prirodna izvorišta podzemne vode za balneološke svrhe i rekreaciju kao i za zdravstvene usluge. Do sada je identifikovano četiri izvora lekovite vode, od kojih se koristi onaj sa najvećim kapacitetom. Dubina sa koje se dobija voda je 650 m. Temperatura vode na izvorištu je 51,8 C. Optimalna izdašnost iznosi 11,8 l/s. Zalihe geotermalne lekovite vode su prema procenama JP ʺNIS Naftagasʺ, izuzetno velike, dovoljne za trajno korišćenje na postojećem nivou i za ulaganja u nove oblike korišćenja. Banje Junaković spada u dobro mineralizovane vode sa velikom količinom natrijuma, hlorida, jodida, hidrokarbonata i vodonik-sulfida. Termalna voda na mestu najjačeg izvorišta sama izbija na površinu, što svedoči o izdašnosti izvorišta i omogućuje da se crpljenje vode vrši jednostavnom i jeftinom tehnologijom. Degazacijom se iz termalne vode odstranjuje metan i drugi opasni gasovi. Čista i sigurna termalna voda se nakon degazacije dovodi u primarno postrojenje Banje koje je razdvaja na tri namene: za medicinsku rehabilitaciju, za grejanje i dobijanje tople vode, za pranje, za goste i zaposlene. Za sve namene ne vrši se nikakvo tretiranje vode, ni hemijsko ni mehaničko, već se termalna voda koristi u obliku u kojem se dobija. Za potrebe grejanja, termalna voda sluţi kao izvor toplote za grejanje tehničke vode koja kruţi u sistemu centralnog grejanja. Dogrevanje tehničke vode za grejanje vrši se u izmenjivaču, posebnom aparatu koji zadovoljava potrebe za dovoljno toplom tehničkom vodom za grejanje dok je spoljna temperatura do 2º C. Površina koja se zagreva iznosi ukupno oko 12.000 m². U sistemu za toplu vodu za pranje termalna voda se ponaša izrazito agresivno, po nekim aspektima agresivnije od morske vode. Zato se u banjskom kompleksu dovršava zamena svih cevi za toplu vodu za pranje: metalne cevi, potpuno nagriţene, zamenjuju se plastičnim cevima, koje bi trebalo bolje da podnose termalnu vodu. Problem kod korišćenja geotermalnih voda je njihovo ispuštanje u recipijent. Nakon što se upotrebi, ova termalna voda se ispušta u kanale i odvodi u Dunav. Količine koje se ispuštaju nisu velike, dok je njihova temperatura ispod 30º C. Kao specifičan problem Banje javlja se dostupnost termalne vode i podataka o zalihama termalne vode. Budući da je drţava isključivi vlasnik rudnog bogatstva, ovlašćeno preduzeće za eksploataciju, - 22 -
JP NIS Naftagas, isporučuje mesečno oko 22.000 m³ termalne vode Banji i odreďuje cenu po kubnom metru. Osim geotermalne energije koju koristi, na ulazu u Banju Junaković instalirana je vetrogenerator. Turbina ima kapacitet od 70 kwh pri brzini vetra od 8 m/s i proizvodi je dovoljno struje za kompletno spoljno osvetljenje Banje [16]. Slika 18. Panorama Banje Junaković [18] 3.4. Grad Sremska Mitrovica, Srbija Jedan od najznačajnih i najvećih projekata vezanih za OIE u Srbiji poslednjih godina realizovan je u Sremskoj Mitrovici. TE-TO Sremska Mitrovica jedan je od tri energetska objekta u okviru privrednog društva Panonske TE-TO, koje snabdevaju Sremsku Mitrovicu, Novi Sad i Zranjanin toplotnom i električnom energijom kroz savremen, kogeneracioni proces. Smeštenа je nа levoj obаli reke Sаve, četiri kilometrа nizvodno u istočnoj, industrijskoj zoni grаdа. TE-TO Sremskа Mitrovicа je projektovаnа kаo industrijskа energаnа, kojа godišnje moţe dа proizvede oko 200.000 MWh električne energije. Iz ovog ogrаnkа, mаgistrаlnim vrelovodom duţine 4 km greje se grаd. Sve tri TE-TO Panonskih TE-TO kao primarno gorivo koriste prirodni gas, a kao sekundarno mazut. Reč je naravno o neobnovljivim izvorima energije koji se u najvećoj meri uvoze iz Rusije. U januaru 2009. godine došlo je do konflikta izmedju Rusije i Ukrajine koji je rezultovao prestankom snabdevanja Ukrajine, a zatim i svih ostalih zemalja (uključujući i Srbiju), prirodnim gasom. Zbog prestanka snabdevanja ruskim gasom, i nepostojanja rezervi, Panonske TE-TO su morale da obustave rad. Posle završetka gasne krize, TE-TO su razmatrale načine i rešenja u eventualnim sličnim situacijama, a najkonkretniji projekat je uraďen u TE-TO Sremska Mitrovica gde je izgraďen kotao koji koristi biomasu kao energent. Snaga kotla iznosi 15 MW i predstavlja najjači kotao u Srbiji koji koristi biomasu kao primarno gorivo. Time je Sremska Mitrovica postala prvi grad u Vojvodini koji za sistem daljinskog grejanja koristi biomasu sobzirom da toplana greje 3.200 stanova i 80.000 m 2 poslovnog prostora u gradu. U projektovanom kogeneracionom postrojenju je predviďeno sagorevanje više vrsta biomase i to: slama strnih ţita, mešavina slame strnih ţita i kukuruzovine, mešavina slame strnih ţita, kukuruzovine i drvenog čipsa, kao i pelet od drveta ili drvnog otpada, koje se - 23 -
moţe nabaviti na maksimalnom rastojanju od 40 km. Navedene vrste biomase su slične po elementarnom sastavu. Maksimalna časovna potrošnja biomase u projektovanom postrojenju bi iznosila 4.500 kg, što za prosečno očekivani rad postrojenja ukupne termičke snage od 15 MW i pogona tokom cele godine od 8.060h iznosi 36.270 t biomase godišnje. Kako se na teritoriji opštine Sremska Mitrovica prosečno na godišnjem nivou raspolaţe sa količinama biomase koje se mogu koristiti u procesu sagorevanja od preko 56.000 t, zaključak je da biomase koja se koristi u tu namenu ima dovoljno. 3.4.1. Tehnologija rada kogeneracionog postrojenja Rad kogeneracionog postrojenja je baziran na Rankinovom ciklusu u kojem se toplota pretvara u mehanički rad kojim se proizvodi električna energija. PredviĎen je letnji i zimski reţim rada i postrojenja. U letnjem periodu nema ispuštanja toplote u gradsku toplovodnu mreţu (100% kondenzacija). Para se uglavnom koristi za proizvodnju električne energije, nakon čega se kondenzuje u rashladnom sistemu koji je postavljen posle turbine. U zimskom periodu (period grejne sezone od 15. oktobra do 15. aprila) 10 MW toplotne energije ide u gradsku toplovodnu mreţu. U ovom reţimu 10 MW je oduzeto" sa turbine i propušteno je prema kondenzatoru. Zbog smanjenja količine pare koja prolazi kroz turbinu u ovom periodu se produkuje smanjena količina električne energije. 3.4.2. Opis kogeneracionog postrojenja Kogenerativno postrojenje se sastoji iz tri celine i to: skladišta biomase za 7 radnih dana, kotlovskog postrojenja i opreme za generisanje i distribuciju električne energije. Centralni deo kogeneracionog postrojenja čini parni kotao koji je projektovan da kao gorivo koristi biomasu od ratarskih kultura. Kotao je opremljen sa ekranisanim loţištem i bubnjem, kosom pokretnom rešetkom za sagorevanje biomase, sistemom za automatsko doziranje biomase, ubacivanje vazduha za sagorevanje i odstranjivanje pepela. Sistem loţenja omogućuje da se sa kotlom postiţe povoljna efikasnost, relativna brza promena u opterećenju u opsegu 60-100% i postizanje odgovarajućih vrednosti emisije. Ukupna efikasnost kotlovskog sistema je 90%, pri nominalnom radu. Velika vaţnost je usmerena na prečišćavanje dimnih produkata sagorevanja koji se prvo prečišćavaju u multiciklonu i vrećastom filteru da bi ih ventilator produkata sagorevanja na kraju kroz dimnjak izbacio u atmosferu. Osim navedenih koristi, cena grejanja u Sremskoj Mitrovici je smanjena za 40%, a doprinos zaštiti ţivotne sredine je veoma značajan [17]. - 24 -
4. ENERGETSKE POTREBE I NAČINI SNABDEVANJA ENERGIJOM GRADA NOVOG SADA 4.1. Opšte informacije o gradu Novom Sadu Novi Sad je najveći grad Autonomne Pokrajine Vojvodine, severne pokrajine Republike Srbije. Predstavlja administrativni, privredni, kulturni, naučni i turistički centar Autonomne Pokrajine Vojvodine, sedište pokrajinskih vlasti, veliki industrijski i ekonomski centar, univerzitetski i školski grad. Gradsko područje Novog Sada nalazi se gotovo u središnjem delu Vojvodine. Obuhvata nizijske predele u juţnoj Bačkoj i brdovite delove Fruške Gore u severnom Sremu. Geografski poloţaj opštine izuzetno je povoljan kako u fizičko-geografskom, tako i u saobraćajnom pogledu. Novi Sad je raskrsnica glavnih kopnenih i vodenih puteva u Vojvodini. Preko teritorije opštine prolazi niz magistralnih puteva i ţelezničkih pruga, od kojih neki imaju i meďunarodni značaj. Slika 19. prikaz opštinskog područja grada Novog Sada [21] Sa 15 prigradskih naselja opštinsko područje Grada Novog Sada obuhvata površinu od 702,7 km 2, dok uţe područje grada sa Petrovaradinom i Sremskom Kamenicom zauzima površinu od 129,4 km 2. GraĎevinski rejon grada obuhvata površinu od 106,2 km 2. Prema konačnim rezultatima popisa stanovništva iz 2011., na administrativnoj teritoriji Grada Novog Sada je ţivelo 341.625 stanovnika, dok je u samom gradu ţivelo 255.071 stanovnika [20]. - 25 -
4.2. Snabdevanje grada električnom energijom Distubuter električne energije na teritoriji Vojvodine je "Elektrovojvodina", privredno društvo za distribuciju električne energije sa sedištem u Novom Sadu. U nadleţnosti Elektrovojvodine je i preduzeće elektrodistribucija Novi Sad, koje je zaduţeno za distibuciju električne energije na području grada Novog Sada. Novi Sad se snabdeva električnom energijom iz jedinstvenog elektroenergetskog sistema Srbije, putem hidro i termoelektrana i prenosnih transformatorskih stanica koje dalje prenose električnu energiju do distributivnih transformatorskih stanica i potrošača. Podaci o ostvarenoj potrošnji u periodu od 2005. i prognozama do 2030. godine dobijeni su od Elektrodistribucije Novi Sad. Svi potrošači u Elektrodistribuciji Novi Sad su razvrstani u dve kategorije: ugovorni potrošači, domaćinstva i ostala potrošnja na niskom naponu. Kategoriju ugovornih potrošača čine veći industrijski potrošači, kao i veća javna preduzeća (Vodovod, Toplana) i veće zdravstvene ustanove (Klinička Bolnica, Institut u Sremskoj Kamenici) itd. U kategoriju domaćinstva su svrstana sva domaćinstva i zajednička potrošnja u objektima. Kategoriju ostala potrošnja na niskom naponu u najvećem broju sačinjavaju trgovački i ugostiteljski objekti, mala privreda, škole itd. Tabela 3. Ukupna potrošnja električne enegije od 2005. godine, sa prognozama do 2030. (MWh) [22] Domaćinstva i ostala potrošnja Ugovorni potrošači 2005 2007 2010 2015 2020 2025 2030 590 307 611 024 692 792 793 051 893 268 993 660 1 069 315 434 182 458 259 518 180 587 478 661 969 885 591 1 136 642 Ukupno 1 024 489 1 069 283 1 210 972 1 380 529 1 555 237 1 879 251 2 230 958 Iz priloţene tabele moţe se zaključiti da se potrošnja električne energije značajno povećava iz godine u godinu, posebno u kategoriji ugovorni potrošači, što se moţe objasniti otvaranjem velikih trţno-poslovnih centara u proteklom periodu, kao i oţivljavanjem industrijske proizvodnje u radnim zonama. Ukupna potrošnja na području Novog Sada na kraju 2030. godine biće više nego duplo veća nego 2005. godine. Od toga, najveći porast biće kod ugovornih potrošača, odnosno u industriji i većim poslovno industrijskim kompleksima (161%), a umereniji kod domaćinstava (85%). Veći ukupni porast potrošnje električne energije navodi na zaključak da će u narednom periodu biti potrebno povećati kapacitete elektroenergetske infrastrukture Novog Sada, što navodi i potrebu za obezbeďenjem prostora za eventualnu izgradnju novih elektroenergetskih objekata na području grada. Potrošnju po stanovniku u Novom Sadu iznosi oko 5,02 MWh, što je duplo manje od potrošnje po stanovniku u zemljama Evropske unije, što opet ukazuje na stanje privrede, odnosno malu potrošnju industrijskih objekata na analiziranom području. - 26 -
Tabela 4. Potrošnja po stanovniku u 2005. i prognoze za 2030. (MWh) [22] 2005 2030 Broj stanovnika 255 071 280 578 Ukupna potrošnja Potrošnja po stanovniku 1 024 490 2 230 958 4,02 7,95 Vidimo da će se ukupna potrošnja po stanovniku povećati za skoro 100%. Ako posmatramo podatke o potrošnji po stanovniku u razvijenim zemljama u 2007. godini (SAD 14,5 MWh, Japan 8,5 MWh, Francuska 8,2 MWh, Nemačka 7,5 MWh, Italija 6 MWh), prognozirano povećanje potrošnje po stanovniku je sasvim realno s obzirom na planiran ekonomski razvoj našeg grada i zemlje [22]. 4.3. Snabdevanje grada toplotnom enegijom Toplovodni sistem sluţi, kao što mu i ime kaţe, za dovoďenje toplote do potrošača. To mogu da budu stambeni objekti, objekti individualnog stanovanja, poslovni i industrijski objekti. Toplovodni sistem Novog Sada je poveren preduzeću Novosadska Toplana. Sastoji se od 7 gradskih rejonskih toplana, gradske razdelne stanice (GRS), toplovodne mreţe duţine 211 km i toplotnih podstanica u zgradama (3.712 toplotnih podstanica). Tehničko-tehnološku celinu sistema čini i Termoelektrana-toplana Novi Sad koja je sa sistemom povezana preko GRS. Dve toplane, TO Jug i TO Istok su povezane sa TE- TO Novi Sad poveznim vodovima preko gradske razdelne stanice (GRS). Osnovni energent koji se koristi u tehničkom sistemu toplane je prirodni gas. Broj priključenih potrošača je 94.707, od čega su 87.313 stambeni, a 7.392 poslovni. Toplotni konzum je 867,2 MW, a instalisana snaga 864 MW, od čega 606 MW obezbeďuje toplana, a 258 MW TE-TO "Novi Sad". Toplotni sistem Novog Sada je pregledno dat na slici 20. Sistem se sastoji od toplotnih izvora - termoelektrane-toplane (TE-TO) Novi Sad koja se nalazi u radnoj zoni Sever 4, i još šest toplotnih izvora koji direktno snabdevaju potrošače - Toplane (TO) Sever, Istok, Zapad i Jug na baĉkoj strani grada i TO Petrovaradin i Dudara na sremskoj. Pored ovih toplotnih izvora, u sistemu se nalazi i Glavna razdelna stanica toplifikacionog sistema (GRS) koja je izgraďena na istočnom obodu Podbare. GRS sluţi kao pumpna stanica u spregnutom radu sa TE-TO i sa njom je povezana magistralnim vodom. Od GRS su izgraďeni podzemni povezni vodovi prema TO Istok i TO Jug, dok su TO Istok i TO Sever povezani magistralnim toplovodom. TO Zapad, TO Petrovaradin i TO Dudara rade u autonomnom reţimu. - 27 -
Slika 20. Prostorni pregled toplotnog sistema Novog Sada [22] Toplovodni sistem Novog Sada je orjentisan na prirodni gas. Toplane Jug i Sever mogu da koriste i mazut, ali to nije preporučivo da se radi iz ekoloških razloga jer su pomenute toplane u gradskom jezgru. Faktički jedino TE-TO moţe da radi, u slučaju nuţde, na mazut. Da bi se mogla izvršiti prognoza potrošnje u narednom periodu potrebno je analizirati podatke o i instalisanim snagama konzuma svih toplotnih izvora i o ostvarenoj potrošnji (i proizvodnji, u slučaju TE-TO) u poslednjih nekoliko godina. - 28 -
U Tabeli 5 su date instalisane snage u toplanama podeljene u dve kategorije potrošača - stambeni i poslovni. Odnos instalisanih snaga u ove dve kategorije je uglavnom konstantan i iznosi 70:30% u korist stambenih potrošača. tabela 5. Instalisane snage konzuma i prognoza do 2030. godine (kw) [22] 2005 2008 2010 2015 2020 2025 2030 Stambeni 545 082 584 637 637 903 693 295 748 687 804 079 859 471 Poslovni 238 927 258 981 280 677 305 050 329 422 353 795 378 167 Ukupno 784 009 843 618 918 580 998 345 1 078 109 1 157 874 1 237 639 Prema priloţenim podacima iz tabele, vidimo povećanje instalisane snage konzuma, posebno u kategoriji stambenih objekata. U odnosu na 2005. godinu, to povećanje u 2015. godini iznosi oko 20%. Iz tog razloga, biće neophodne rekonstrukcije i proširenja kapaciteta postojećih toplana, kao i eventualna izgradnja novih postrojenja. U narednoj tabeli 6 su dati podaci o proizvodnji električne i toplotne energije u TE- TO Novi Sad. Bitno je napomenuti da je prioritet TE-TO, proizvodnja električne energije, koja se predaje elektrodistributivnom sistemu Republike Srbije. Toplotna energija se proizvodi u najhladnijem periodu godine, kada gradske toplane rade sa maksimalnim opterećenjim. Tabela 6. Podaci o proizvodnji električne i toplotne energije u TE-TO [22] 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Električna energija [MWh] Toplotna energija [MWht] 548050 259430 250671 135805 423093 262154 332344 250647 299914 124611 215688 187560 Iz tabele 6 se mogu uočiti velike razlike u proizvodnji električne i toplotne energije po godinama. Tako je u 2003. zabeleţena najveća proizvodnja, dok je u 2006. ostvareno tek 30% proizvodnje iz 2003. TakoĎe se uočava pomenuta veća orijentisanost TE-TO na proizvodnju električne energije. - 29 -
5. RASPOLOŢIVI POTENCIJALI OIE U DOMENU SOLARNE, GEOTERMALNE, ENERGIJE VETRA I BIOMASE I ANALIZA MOGUĆNOSTI SUPSTITUCIJE 5.1. Potencijal solarne energije Energija zračenja koja dopire do neke površine na Zemlje zavisi u prvom redu od trajanja insolacije (trajanja sijanja Sunca). Insolacija zavisi od geografske širine i od godišnjeg doba. Razlika izmeďu vremena izlaska i vremena zalaska Sunca daje vreme trajanja insolacije kojoj je izloţena horizontalna i nepokrivena površina. Ono iznosi za Novi Sad oko 15 časova leti i oko 9 časova zimi. Stvarno trajanje insolacije je znatno kraće zbog pojave oblaka i magle, ali i zbog stanja zagaďenosti atmosfere naposmatranom području. Ona se razlikuje za površine koje su postavljene horizontalno, vertikalno, ili podnekim uglom u odnosu na površinu Zemlje. Dotok energije Solarnog zračenja nije proporcionalan trajanju insolacije. Naime, deo energije se gubi prolaţenjem kroz atmosferu zbog apsorpcije kiseonika, ozona i ugljen dioksida. Gubitak je veći što je Sunce bliţe horizontu. Osim toga, energija zračenja se uprolazu kroz atmosferu disperguje, a najveći gubitak je neposredno nakon zalaska Sunca. Prema tome,ukupno zračenje koje doďe do površine Zemlje sastoji se od neposrednog - direktnog i indirektnog - difuznog zračenja koje je deo raspršene energije zračenja. Zbog svega toga snaga zračenja koja dospevana neku površinu, a koja bi se mogla energetski iskorišćavati, znatno se menja tokom dana, a njene promene zavise od godišnjeg doba i poloţaja obasjane površine. Energija zračenja za teritoriju AP Vojvodine, kao i osnovne klimatiske karakteristike grada Novog Sada prikazane su na narednoj slici i tabeli [23]. Slika 21. Solarna karta AP Vojvodine sa godišnjim zonama osunčanosti [23] - 30 -
stepen Snabdevanje grada Novog Sada električnom i toplotnom energijom iz raspoloživih OIE Tabela 7. Prosečne temperature po mesecima za grad Novi Sad [23] Mesec Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Avg Sep Okt Nov Dec Godišnje Srednji maksimum C Srednji minimin C 3 6 12 17 23 25 27 27 24 18 10 5 16-4 -2 1 6 11 14 15 14 11 6 2-2 6 Klima u Novom Sadu prelazi iz umereno kontinentalne u kontinentalnu, tako da grad ima sva četiri godišnja doba. Prosečna temperatura vazduha u gradu je 10,9 C, srednja temperatura u januaru je 1 C, dok je u julu 21,6 C. Da bi se potencijali solarnog zračenja maksimalno iskoristili, panele je potrebno postaviti pod odreďenim uglom, odnosno pod optimalnim nagibom. Optimalan nagib prijemne površine predstavlja kompromisno rešenje po kojem taj nagib odgovara srednjem uglu za odreďeni period eksploatacije tokom godine. Da bi se maksimalno iskoristilo zračenje, na FN panel solarni zraci treba uvek da padaju pod uglom od 90. Kada je ispunjen ovaj uslov, tada se kaţe da je panel pod mesečno optimalnim uglom. Leti kad je sunce najviše na nebu mesečni optimalan ugao panela je najmanji, a zimi, kada je sunce najniţe, mesečni optimalni ugao ima najveće vrednosti. Na slici 22 je prikazan godišnji tok mesečnog optimalnog ugla FN panela. Za fiksni sistem panela optimalni ugao, koji se ne menja u toku godine, za šire područje Novog Sada je 34 [23]. 70 62 61 64 60 55 54 50 40 44 41 30 29 26 20 17 11 15 10 0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Slika 22. Mesečni optimalni ugao FN panela za okolinu Novog Sada [24] Moguće dnevno ozračenje je prikazano na slici 23. U toku godine na horizontalnu površinu dnevno stigne prosečno oko 3,55 kwh/m 2 energije. Kada je panel postavljen pod optimalnim uglom ta energija iznosi oko 4,03 kwh/m 2. grafik prikazuje prosečno dnevno ozračenje, za pojedine mesece, kao i godišnje prosečno ozračenje. Ozračenje je prikazano za horizontalnu površinu i za površinu koja stoji pod srednjim mesečnim optimalnim uglom. Ugao fiksnog FN panela se podešava tako da je on jednak sa srednjom - 31 -
123 kwh/m2/mesečno Snabdevanje grada Novog Sada električnom i toplotnom energijom iz raspoloživih OIE vrednošću mesečnih optimalnih uglova. Ozračenje na takav podešen panel je najveće u julu i avgustu, a najmanje u decembru i januaru. Slika 23. Dnevno ozračenje [24] Prosečno mesečno ozračenje je prikazano na slici 24. grafik prikazuje sumu dnevnog ozračenja u toku mesec dana, odnosno predstavlja mesečno ozračenje. TakoĎe je prikazana i srednja vrednost mesečnog ozračenja za godinu dana. Ozračenje je prikazano za površinu koja se nalazi pod optimalnim uglom. Najviše solarne energije je na raspolaganju u julu - 187 kwh/m 2, a najmanje u decembru - 44 kwh/m 2. Godišnji prosek za mesec dana iznosi 123 kwh/m 2, a ukupni godišnji potencijal, iznosi 1.476 kwh/m 2. 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII godišnji prosek Slika 24. Mesečno ozračenje [24] - 32 -
Tabela 8. Prosečne dnevne vrednosti solarnog zračenja na horizontalnu površinu u kwh/m 2 [23] Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Avg Sep Okt Nov Dec Ukupno Godišnje Godišnja srednja dnevna 1,45 2,35 3,20 4,65 5,80 6,20 6,35 5,75 4,40 2,90 1,45 1,20 1473 4,03 Podaci dati u tabelama govore da je potencijal solarne energije veoma veliki. S obzirom da Novi Sad ima u proseku 267 sunčanih dana, godišnjom insolacijom od oko 2.070 sunčanih sati i ukupnim godišnje zračenjem od 1473kWh/m 2 pod optimalnim, upotreba solarne energije za prozvodnju električne energije ili za grejanje vode je ekonomski isplativa [23]. 5.1.1. Dobijanje električne energije iz raspoloţivog solarnog potencijala Pre samog proračuna, potrebno je proceniti površinu na koju će biti postavljeni solarni paneli. Tu površinu čine krovovi na domaćinstvima, stambenim zgradama i objektima javne namene. U gradu Novom Sadu ima 72.513 domaćinstava koja zauzimaju ukupno 22.040.000 m 2. Od tog broja, najveću površinu namene stanovanja zauzima porodično stanovanje - 62,4%. Zatim slede opšte stambene zone koje zauzimaju 19,5%, pa višeporodično stanovanjena oko 15%. Mali deo površine zauzimaju još i stanovanje u kombinaciji sa radnim aktivnostima (oko 3%) i vikend zone (oko 0,4%). Najveći dobici solarnog zračenja se ostvaruju kada su krovovi okrenti prema jugu, istoku i zapadu, a najmanji ukoliko su krovovi orjentisani prema severu. Potrebno je proceniti koliki procenat stambenih zgrada i domaćinstava zadovoljava postavljeni kriterijum. Upotrebom softvera Google Earth i analiziranjem podataka dobijenih iz Agencije za energetiku grada Novog Sada zaključeno je da su otprilike 20% porodičnih kuća i velika većina stabenih zgrada orjentisane prema severu i neće biti razmatrane u ovom proračunu. Osim toga, problem kod korišćenja ovakvih sistema u zgradama moţe predstavljati to što često nema dovoljno prostora za instalaciju solarnih panela, kao i to što vlasništvo nad krovovima nije regulisano u velikom broju stambenih objekata. Iz tog razloga, prilikom ovog proračuna, zanemarićemo stambene zgrade i objekte višeporodičnog stanovanja. Broj kućnih domaćinstava iznosi 45.249. Taj broj umanjujemo za 20% zbog njihove orjentacije prema severu. Ako pretpostavimo da je prosečna površina krova 50 m 2, ukupna površina koja nam je na raspolaganju iznosi 1.809.950 m 2. Kada je poznata površina za koju odreďujemo solarni potencijal, količinu električne energije odreďujemo pomoću softvera PV-gis (Photovoltaic Geographical Information System) [36] koji je izradio Institut za energiju i transport (IET) Evropske komisije. Moguće je odrediti električnu energiju proizvedenu pomoću PV panela za bilo koje mesto ili regiju u Evropi. Dakle, povrsina koja je na raspolaganju za postavljanje PV panela je oko 1.809.950 m 2. Povrsina jednog panela iznosi 1,7 m 2. Znaci, ukupan broj panela dobijamo tako što ukupnu površinu podelimo sa povšinom jednog panela i taj broj je 1.064.676 komada. Ako je snaga panela 0,25kW, 1.064.676 panela bi imalo snagu od 266.170 kw. Taj broj, kao i podaci o nagibu krova (usvojeno 43 ) unose se u softver, i dobiju se podaci prikazani na slici 25. - 33 -
Slika 25. Rezultati potencijala PV panela za grad Novi Sad [36] Sofver daje informacije o prosečnoj dnevnoj proizvodnji električne energije, prosečnoj mesečnoj proizvodnji, kao i podatak o ukupnoj godišnjoj porizvodnji električne energije, koja za zadati sistem iznosi 308.000.000 kwh, odnosno 308.000 MWh. Ako se uporede potrošnja električne energije u gradu, koja će u 2015. godini iznositi oko 1.380.529 MWh, zaključuje se da je upotrebom solarnih panela moguće supstituisati oko 22,1% proizvodnje električne energije, što je podatak koji je realan, s obzirom na prikazane podatke o potencijalima solarnog zračenja. Posebno treba naglasiti da se prikazani proračun odnosi na sve porodične kuće na teritoriji grada, čiji su krovovi orjentisani ka jugu, istoku i zapadu, kao i da je iskorišćena celokupna površina krovova, što je u praksi nemoguće i iz toga se zaključuje da je potencijal električne energije dobijene na ovaj način ipak mali. Osnovni razlog nije potencijal solarnog zračenja, već relativno mali stepen iskorišćenja, pa se fotonaponski kolektori koriste uglavnom u - 34 -
područjima gde u blizini nema izgraďene distributivne električne mreţe. Kako je područje Novog Sada opremljeno elektroenergetskom mreţom u velikom delu graďevinskog rejona, moguće učešće električne energije dobijene iz fotonaponskih kolektora je zanemarljivo u ukupnoj energetskoj potrošnji svih objekata na teritoriji grada, ali svakako da moţe da se koristi kao dopuna elektroenergetskog sistema ili za snabdevanje pojedinačnih objekata. 5.1.2. Dobijanje toplotne energije iz raspoloţivog solarnog potencijala (studija JKP Novosadska toplana ) Budući da su solarni potencijali grada Novog Sada u domenu toplotne energije veliki, JKP Novosadska toplana, izradila je studiju o mogućnostima primene solarnih kolektora za pripremu tople potrošne vode na teritoriji grada Novog Sada. U studiji su definisani ciljevi, potrebe, mogućnosti primene solarne energije, analiza rada solarnog sistema, kao i prednosti i nedostaci ovakvih sistema. S obzirom na značajne potencijale solarnog zračenja, koncept integracije solarne pripreme tople potrošne vode, čini se vrlo realan i isplativ. Potrebe za jednim ovakvim sistemom su očigledne. Prosečna potrošnja energije u Srbiji je nekoliko puta veća nego u EU, što uzrokuje povećane troškove, nepotrebno rasipanje budţetskih sredstava, povećane emisije gasova sa efektom staklene bašte itd. Kao što je već navedeno, Novi Sad ima oko 2.070 sunčanih sati godišnje, a prosečna energija koja dolazi do površine procenja je na oko 4,03 kwh/m 2 na dan. To znači da kolektor moţe da preda grejnom sistemu u toku jednog meseca, toplotu 36-90 kwh/m 2 kolektorske površine. U praksi, solarni kolektor moţe godišnje da uštedi i preko 750 kwh energije. Solarni sistem u letnjem periodu moţe da podmiri potrebe za TPV u iznosu 90-100%, u prelaznom periodu 50-70%, a u zimskom 10-25%. Ukoliko je pravilno proračunat i instaliran, period otplate solarnog sistema za 7-10 godina, a vek trajanja solarnog sistema je oko 30 godina. Do najveće primene termalnih prijemnika solarne energije došlo je u mediteranskim zemljama, kao što su Grčka, Španija i Izrael, i to na individualnim zgradama. Srbija, pa time i Novi Sad, ima razvijenu mreţu daljinskog grejanja i povoljne klimatske uslove kada je reč o specifičnoj dozračnoj solarnoj energiji po kvadratnom metru kolektorske površine (to je za oko 30% više solarnog zračenja u odnosu na severne delove Evrope, gde je koncept uspešno implementiran). Prema sadašnjim okolnostima, daljinski sistem grejanja Novog Sada isporučuje TPV (toplu potrošnu vodu) ograničenom broju potrošača i to uglavnom u delovima grada sa većom gustinom stanovanja. U tim delovima grada postoji razvijena infrastruktura za snabdevanje TPV, koja je odlična osnova za nadogradnju i integraciju solarne tehnologije. Takav koncept moţe biti tada i tehnički i ekonomski opravdan. Solarni sistemi proračunavaju se na osnovu prosečne potrošnje TPV po osobi i broja osoba koje borave u objektu. Proračun radijacije i izbor opreme izvršen je za jednu višespratnicu u gradu Novom Sadu, koja je priključena na instalaciju za snabdevanje TPV iz distributivnog sistema toplane. Nivo potrošnje je potrebna dnevna količina TPV procenjena na bazi standarda i preporuka u EU za srednji komfor za zgradu prosečnih energetskih karakteristika. - 35 -
Proračun pokrivenosti konzuma, opravdanost primene i izbor kapaciteta izvršen je za usvojenu dnevnu potrošnju od 40 l/dan po osobi, a drugi scenario uzima u obzir dnevnu količinu TPV po osobi, na bazi evidencije toplane, odnosno merenja. Uslovi proračuna podrazumevaju temperaturu TPV od 45 C, temperaturu skladištenja TPV od 60 C, temperaturu hladne vode od 12 C, usvojen faktor istovremenosti potrošača od 0,75 i planiranu rezervu za oblačno vreme od 75%. Zgrada ima 214 stanara, korisnika TPV, instalisana snaga TPV je 244 kw, a specifična instalisana snaga TPV je 1.140 kw/stanaru. Raspoloţiva površina za instalaciju kolektora iznosi 300 m 2. Rezultati proračuna prikazani su u tabeli 9. Ovaj scenario odnosi se na teoretski potrebnu potrošnju TPV od strane korisnika i dobro stanje instalacije i merne opreme. Tabela 9. Rezultati proračuna TPV [39] Dnevna potrošna TPV Dnevna potrebna količina toplotne energije Godišnja potrebna količina toplotne energije Iskorišćena dozračna energija* Usvojen broj kolektora 7725 l/dan 435 kwh/dan 157 880 kwh/god 3 773 kwh/dan 60 komada Ukupna usvojena površina kolektora 120m 2 Moguća apsorbovana energija po m 2 kolektorske površine Izlazna toplotna snaga instalacije 878 kwh/m2 god 103 kw Stepen pokrivenosti godišnjih potreba za TPV 55% Godišnja količina energije proizvedena solarom 86 834 kwh/god *odavanje pločastog kolektora za prosečan letnji dan bez oblačnosti, na osnovu koeficijenta korisnog dejstva Dakle, za konkretan slučaj zgrade od 13 spratova i 214 stanara (potrošnja od 40 l/dan po osobi i 120 m 2 kolektora), ukupna izračunata potrošnja toplotne energije za TPV je 157.880 kwh/god, od čega se 86.834 kwh/god moţe dobiti iz solarne instalacije, što ukazuje na stepen pokrivenosti solarnom energijom za zagrevanje TPV od 55 % [39]. Upotrebom toplotnih kolektora na teritoriji celog grada mogu se ostvariti značajne uštede u potrošnji gasa i čvrstih goriva za zagrevanje objekata porodičnog stanovanja i pripremu tople potrošne vode u njima. Leti bi se moglo obezbediti 80% potreba za toplom vodom, a zimi izmeďu 35% i 50%. Procene su da će do 2030. godine na području Novog Sada biti oko 40.000 objekata porodičnog stanovanja i prosečne godišnje potrošnje gasa od 1.500 m³ godišnje (ekvivalentno oko 12.000 kwh toplotne energije). Ako, u idealnom slučaju, 30% objekata budu koristili solarnu energiju, moţe se proračunati godišnja ušteda u snabdevanju toplotnom energijom koja iznosi oko 43.000.000 kwh, odnosno 430.000 MWh [22]. - 36 -
5.2. Potencijal geotermalne energije Potencijali geotermalnih izvora u Novom Sadu nikada nisu do kraja istraţeni. Na teritoriji grada trenutno postoje četiri bušotine: kod fudbalskih terena FK Vojvodine (sportski centar Vujadin Boškov u Veterniku), postoje 2 bušotine koje se ne koriste (likvidirane ili konzervirane) - NS-2/H. U naselju Šangaj postoji bušotina koja je predviďena za koriščenje u industrijskom procesu proizvodnje, meďutim, mali kapacitet i niska temperatura je razlog zbog kojeg nikada nije povezana na vodovodni sistem u krugu - NS-3/H. U blizini poliklinike izbušena je bušotina koja ima dobru izdašnost (kapacitet), temperatue oko 25 C - NSb-1/H. U krugu Jodne banje postoji bušotina koja se koristi u zdravstvene svrhe. Bušotina je u nedavno remontovana kako bi se povećala izdašnost - NS-1/H [25]. Tabela 10. Karakteristike postojećih bušotina prikazane su u sledećoj tabeli [25]: Bušotina I lokalitet Godina ispitivanja Dubin a [m] Hidrogeolo ški sistem Vodoizdašn ost [l/s] Nivo vode [m] Temperatura Napomena NSb-1/H 1984 300,4 I 20-7,7 25 Montiran erupcioni ureďaj NS - 1/H 1978. 809,9 III 2-42 42 - NS - 2/H 1980. 809,9 III 2,7-35 Likvidirana 2004. god. NS - 3/H 1982. 823 I 13,3 E 36 Montiran erupcioni ureďaj U Vojvodini su uočena i sistematizovana četiri hidrogeološka sistema. Izvršena je njihova reonizacija po hidrotermalnoj perspektivnosti na I, II, III, IV hidrološki sistem. Novosadski geotermalni izvori pripadaju I i III hidrološkom sistemu. Njihove karakteristike su: Za I hidrološki sistem karakteristične su niske izlazne temperature 45 C-55 C, vodoizdašnost 7-13 l/s. Pridaje mu se najveći značaj iz brojnih razloga: dimenzija njegovog razvića, veliki broj vodonosnih slojeva, njihova široka rasprostranjenost, dobra kolektorska svojstva, meďusobna hidrodinamička povezanost, mogućnost prihranjivanja, velike rezerve geotermalnih voda, relativno mala mineralizacija, manja sklonost agresivnosti i istaloţavanja kamenca i manji uticaj na ţivotnu sredinu. Perspektivan je u pogledu korišćenja niskotemperaturnih voda za rekreativne i balneo - tarapeutske svrhe, energetske potrebe i sa aspekta vodosnabdevanja III hidrološki sistem karakterišu visoke temperature (prosečna 46 C,a dostiţu i do 160 C), vodoizdašnost oko 5,6 l/s. Vode ovog sistema su agresivne na metale i beton i imaju visoke mineralizacije, pa su prilično nepovoljne za koriščenje. MeĎutim, zbog visokog sadrţaja joda, fluora, broma, stroncijum sumporvodonika i drugih sastojaka mogu biti pogodne za korišćenje u balneološke svrhe. Odlikuju se takoďe visokim početnim kapacitetima, intenzivnim padom izdašnosti, neizvesnim mogućnostima prihranjivanja i obnavljanja rezervi, izrazitim razlikama u tipovima i kvalitetu hidrogeoloških kolektora - 37 -
Toplotna snaga hidrotermalnih bušotina se računa (u JP NIS Naftagas koje je zaduţeno za gazdovanje ovim resursima) prema sledećoj formuli : gde su: - toplotna snaga geotermalne vode - vodoizdašnost bušotine - gustina vode (usvojena je srednja vrednost 1000 ) - izobarna specifična toplota vode (usvojena je srednja vrednost 4,2 ) - temperatura vode na glavi bušotine - temperatura vode nakon korišćenja (usvojeno je 25 ) Ukoliko se podaci iz tabele 10 ubace u formulu, dobijaju se vrednosti koje su prikazane u narednoj tabeli. Tabela 11. Toplotne snage bušotina dobijene računskim putem [25]: Oznaka Temperatura Toplotna snaga Izdašnost bušotine NSb-1/H 25 20 0 837 NS - 1/H 42 2 142 226 NS - 2/H 35 2,7 113 226 NS - 3/H 36 13,3 613 1169 Q n Q s Ukupno 868 2458 napomena: * opseg toplotne snage je dat po Q s Q n - toplotna snaga računata za t 2 = 25 Q s - toplotna snaga računata za t 2 = 15 Analiziranjem karakteristika koje su date u tabelama lako se moţe zaključiti da su energetski potencijali geotermalnih voda u Novom Sadu niskotemperaturno-toplotni. Konvencionalna termoenergetska postrojenja ili dualna postrojenja sa resursima novosadskih geotermalnih izvora nisu investiciono prihvatljiva niti su rentabilna sa stanovišta komercijalne proizvodnje mehaničke (električne energije). Potencijal geotermalnih voda moţe da se prihvati samo kao moguća alternativa u eksploataciji drugih (konvencionalnih) resursa, odnosno kao njihov mogući supstituent. Sa druge strane, temperatura termalnih voda i izdašnost bušotina pogodna za korišćenje u sledeće svrhe : zagrevanje sportsko-rekreacionih, banjskih, hotelskih, idustrijskih, stambenih i drugih objekata, priprema tople potrošne vode za navedene korisnike, u poljoprivredi, za zagrevanje staklenika i planstenika, u stočarstvu i ţivinarstvu za zagrevanje farmi i pripremu sanitarne tople vode, u ribarstvu za zagrevanje ribnjaka, u nekim fabrikama za niskotemperaturske tehnološke potrebe za koje se koristi topla voda i sanitarne potrebe, - 38 -
u banjama i sportsko-rekreacionim centrima za balneološke svrhe, zagrevanje bazena i pripremu sanitarne tople vode. Istraţeni resursi sa energetskog stanovištva su skromni, naročito u pogledu temperatura geotermalne vode na izlivu. Nije verovatno da bi dalja istraţivanja i skupa bušenja dala neki viši temperaturni potencijal. Sav potencijal je značajno ispod 90 C, što je donja granica na opšteprihvaćenom Lindal-ovom dijagramu za primenu u proizvodnji električne energije korišćenjem binarnih postrojenja i daleko ispod 150 C za primenu u klasičnim termoenergetskim postrojenjima. Ukupna toplotna snaga koju je moguće dobiti kreće se od 868 kw do 2.458 kw. Za ovakve geotermalne vode jedina realna mogućnost korišćenja transformacijom u toplotnu energiju za zagrevanje i to na relativno niskom nivou temperature. Najveći broj potrošača ovakve niskotemperaturne energije je u tehnologijama zagrevanja objekta, koje su sezonsog karaktera. One se koriste preteţno u zimskom periodu [25]. 5.3. Potencijal energije biomase U poljoprivredi, šumarstvu, industriji prerade drveta i komunalnoj delatnosti proizvode se značajne količine biomase, tj. organske materije, ostataka iz proizvodnje ili otpada. Te količine su na godišnjem nivou manje - više jednake. Poljoprivredna proizvodnja je značajno promenjena u proteklih 30 godina, ali i dalje je nerešen problem procenjenih količina biomase koja moţe da se koristi u energetske ili neke druge svrhe. Ratari smatraju da ostatke iz poljoprivredne proizvodnje treba vraćati u zemljište, da bi se povećala količina humusa u zemljištu, a time i plodnost zemljišta. Stočari smatraju da ostatke biomase treba koristiti delom za prostirku na farmama i tako proizvesti stajnjak, koji bi se koristio za povećanje plodnosti zemljišta. Energetičari nasuprot tome smatraju da veliki deo biomase moţe da se iskoristi za sagorevanje i proizvodnju toplotne i električne energije. Poznata je činjenica da se znatne količine biomase bespotrebno spaljuju na njivama, jer se oteţano mogu zaorati. Da bi se biomasa dobro zaorala potrebno je da se dobro usitni, radi čega se troši dodatna količina energije i vremena. TakoĎe, poznata je činjenica da je stočni fond u poslednje vreme značajno smanjen, promenjena je tehnologija gajenja ţivotinja (bez prostirke, itd.), tako da su u velikoj meri smanjene potrebne količine prostirke za ţivotinje. Zbog svega navedenog smatra se da 30-40% od ukupno procenjenih količina biomase moţe svake godine da se koristi za proizvodnju toplotne i električne energije [26]. Da bi se izvršila kvalitetna procena energetskog potencijala biomase, potrebno je definisati njene pojedine karakteristike. Najznačajnija je donja toplotna moć, a to je mera hemijske energije koja je na raspolaganju. Ona se nakon merenja (gornje) toplotne moći dobija proračunom kojim se umanjuje količina energije potrebne za isparavanje vode, nastale sagorevanjem goriva i sadrţane vlage (obično se merenje sprovodi na suvoj masi). Toplotne moći biogoriva se razlikuju u zavisnosti od vrste i sastava biogoriva, kao i od njihovog sadrţaja vlage. Ranije se toplotna vrednost biomase uporeďivala sa kamenim ugljem. Danas se uporeďuje sa tečnim gorivom (dizel gorivom ili uljem za loţenje). Okvirno posmatrano, 3 kg slame moţe da zameni 1 kg dizel goriva (D2) ili ulja za loţenje, ili 2,56 kg oklaska (sa 7,5% sadrţaja vlage) po toplotnoj moći odgovara 1 kg lakog ulja za loţenje (EL). Vrednosti donje toplotne moći najzastupljenijih ostataka biomase u opštini Novi Sad, prikazane su u tabeli: - 39 -
Tabela 12. Donja toplotna moć biomase pri ravnoteţnom sadrţaju vlage [26] Donja toplotna moć Hd Vrsta biomase [MJ/kg] Pšenična slama 14,00 Ječmena slama 14,20 Ovsena slama 14,50 Raţena slama 14,00 Kukuruzovina 13,50 Kukuruzovina semenskog kukuruza 13,85 Oklasak 14,70 Stabljika kukuruza 14,50 Ljuske suncokreta 17,55 Slama od soje 15,70 Slama od uljane repice 17,40 Stabljika hmelja 14,00 Stabljika duvana 13,85 Ostaci rezidbe u voćnjacima 14,15 Ostaci rezidbe u vinogradima 14,00 Stajnjak - biogas 23,00 * *Napomena: MJ/m 3 Iz tabele se vidi da donje toplotne moći vrlo malo variraju, posebno za ratarske kulture. To se moţe objasniti sličnim fizičko - hemijskim karakteristikama posmatranih kultura. Osnovni preduslov energetskog iskorišćenje biomase je adekvatno sušenje, odnosno ukljanjane vlage, jer svako povišenje vlage smanjuje toplotnu moć, o bilo kojoj kulturi da je reč. Ostaci stočarske proizvodnje (stajnjak) iz koje se dobija biogas, beleţi nešto veću vrednost donje toplotne moći i ona se ona izraţava u MJ/m 3. AP Vojvodina predstavlja izrazito poljoprivrednu regiju, na gotovo celoj svojoj teritoriji, ali nisu sve kulture podjednako zastupljene. Na teritoriji opštine Novi Sad dominantne su ratarske kulture, proizvodnja pojedinih vrsta voća i povrća, kao i uzgoj stoke, na prvom mestu svinja. Podaci za navedeno će se u daljem tekstu i analizirati. Pri procenama potencijala biomase u Novom Sadu, potrebno je sagledati šire područje grada, sa prigradskim naseljima Veternik, Futog, Begeč, Rumenka, Kisač, Stepanovićevo, Čenej, Kać, Budisava, Kovilj. Sobzirom da na teritoriji opštine i dalje veliki procenat stanovnika ţivi od poljoprivrede, stvaraju se značajne količine i različite vrste biomase. Poljoprivredna proizvodnja na području Grada Novog Sada se odvija na oko 45.000 hektara obradivog poljoprivrednog zemljišta na kojem se na oko 90% površine proizvode ţitarice, na oko 3,5% povrće, oko 2% površina je pod voćem, a 4,5% je pod ostalim usevima. Proizvodnja se obavlja u okviru 2.904 registrovanih poljoprivrednih gazdinstava, od kojih je 28 na površini od preko 100 ha, 110 na površini 50-100 ha, 276 na površini 20-50 ha,346 na površini 10-20 ha, 544 na površini od 5-10 ha i 1.600 na površini do 5 ha što ukazuje na usitnjenost poljoprivredne proizvodnje. U narednim tabelama prikazane su setvene strukture i prinosi. Podaci su dobijeni od gradske uprave za privredu i poljoprivredu [27]. - 40 -
Tabela 13. Struktura biljne proizvodnje najvaţnijih ratarskih kultura [27] 2010 2011 2012 2013 2014 Količina Količina Količina Količina Količina Površina Površina Površina Površina Površina Kultura biomase biomase biomase biomase biomase (ha) (ha) (ha) (ha) (ha) (t) (t) (t) (t) (t) Pšenica 10840 48780 6851 34940,1 8846 42460,8 9031 38833,3 8892 46238,4 Ječam 754 2714,4 1143 3657,6 949 3131,7 267 774,3 778 3423,2 Kukuruz 16083 109365 16954 110201 16519 97462,1 15697 91042,6 16313 110929 Soja 7124 19740,6 10309 27505 8717 23997,9 10554 25962,8 9176 25949,7 Suncokret 1230 3565,16 653 1636,42 942 2264,57 743 1829,27 892 2281,74 Šećerna repa 1825 82125 1065 51439,5 1445 70660,5 1567 73178,9 1476 72619,2 Uljana repica 243 704,7 118 306,8 181 488,7 571 1484,6 278 806,2 Ukupno 39491 266995 39549 229686 39524 240465 39548 233106 39529 262247 Prema podacima datim u tebeli zaključuje se da su ukupne obradive površine (izraţene u hektarima) u periodu od 2010. do 2014. skoro identične i iznose oko 39.500 ha. Što se tiče pojedinih kultura, njihove zasaďene površine značajno variraju, iz godine u godinu, posebno soja i suncokret. Sa aspekta energetskog iskorišćenja biomase, najbitiniji podatak su ukupne površine i ukupni godišnji prinosi, a kako su one relativno konstantne, moguće je izvesti zaključak o njihovim energetskim potecijalima. Tabela 14. Struktura biljne proizvodnje najvaţnijih povrtarskih kultura [27] 2010 2011 2012 2013 2014 Količina Količina Količina Količina Količina Površina Površina Površina Površina Površina Kultura biomase biomase biomase biomase biomase (ha) (ha) (ha) (ha) (ha) (t) (t) (t) (t) (t) Krompir 1081 20636 1151 17577 1116 12261 1020 20785 1092 21815 Crni luk 392 4843 377 4920 385 3248 429 3470 396 5108 Šargarepa 337 6596 245 3415 291 3731 350 7423 306 7109 Kupus 643 20556 710 22720 677 23695 853 32414 721 25956 Pasulj 313 459 339 628 326 325 227 410 301 544 Bostan 258 2577 102 2839 180 2500 35 728 144 2995 Ukupno 4396 55667 4391 52100 4395 45763 4372 65230 4389 63527 Tabela 15. Struktura biljne proizvodnje najvaţnijih voćarskih kultura i vinove loze [27] 2010 2011 2012 2013 2014 Prinos Prinos Prinos Prinos Prinos Površina Površina Površina Površina Površina Kultura biomase biomase biomase biomase biomase (ha) (ha) (ha) (ha) (ha) (t) (t) (t) (t) (t) Jabuka 262 8510 205 6658 189 6139 198 6431 214 6951 Kruška 21 886 19 802 19 894 22 929 22 1108 Šljiva 72 1232 61 1852 72 1761 69 2827 69 2130 Kajsija 61 528 62 829 63 615 69 560 69 887 Vinova loza 384 2629 380 2538 343 1496 289 2821 278 1191 Ukupno 800 13785 727 12679 686 10905 647 13568 652 12267 Kod gajenja povrtarskih kultura, dominantan je krompir, koji uz kupus beleţi i najveći prinos. Voćarske kulture su zastupljene na manjim količinama u odnosu na ratarske i povrtarske, a najzastupljenije su jabuka i vinova loza. - 41 -
Stočarska proizvodnja se odvija u 1.032 registrovana gazdinstva,od kojih se 227 bavi proizvodnjom goveda, 130 proizvodnjom ovaca i koza, 264 proizvodnjom svinja, 43 proizvodnjom konja,magaraca i mazgi, 217 proizvodnjom ţivine, 125 proizvodnjom pčela, odnosno meda, 6 proizvodnjom ribe i 20 proizvodnjom ostalih ţivotinja. U narednoj tabeli prikazan je stočni fond opštine Novi Sad, sa datim masama stajnjaka, prema popisu iz 2012. godine. Tabela 16. Prikaz stočarske proizvodnje u opštini Novi Sad [27] Vrsta Broj grla Prosečna masa grla [kg] Broj uslovnih grla [br UG] Masa stajnjaka [kg/dan] Ukupna masa stajnjaka [t/god] Goveda 3853 389 2998 26 28447,5 Svinje 47624 59,2 5639 22 45278,7 Ovce 4652 38 353 26 3355,2 Koze 2492 35 174 26 1655,4 Konji 516 400 413 26 3917,4 Ţivina 504637 1,5 1514 26 14367,1 Ukupno 563774 11091 95365,9 *1 UG = 500kg Da bi se dobila ukupna količina stajnjaka potrebno je pomnoţiti broj grla goveda sa prosečnom masom i dobijenu vrednost podeliti sa masom jednog uslovnog grla (1 UG = 500kg). Jedno uslovno grlo goveda daje 26 kg stajnjaka na dan. Dakle, vrednost mase stajnjaka na dan treba podeliti sa 1.000 da bi se dobila u tonama i pomnoţiti sa 365 dana u godini. U stajnjaku se nalazi 30-35% čvrstog, a 70-75% tečnog dela (tzv. osoke). Ukoliko sekod goveda dodaje prostirka, onda se povećava sadrţaj čvrstog dela. Da bi stajnjak mogao mehanizovano da se transportuje kroz cevovode biogas postrojenja ili cisterne za rasturanje tečnog stajnjaka po njivama, potrebno je da se razredi sa vodom, tako da udeo čvrstog dela padne na 8 do 10%. 5.3.1. Određivanje količine energije iz raspoloţive biomase Energetski potencijal biljne biomase U tabeli 10 date su površine i količine raspoloţive biomase iz ratarskih kultura na području opštine Novi Sad u period 2010-2014. godine. Uzećemo prosečnu vrednost raspoloţive biomase: Kao što je u navedeno, u proizvodnji električne i toplotne energije moţe se iskoristiti od 30-40% raspoloţive biomase. U ovom slučaju uzećemo vrednost od 35%. Dakle raspoloţive biomase iz ratarskih kultura. U okviru projekta Studija o resursima biomase [28] koja je raďena pod pokroviteljstvom Evropske unije, data je prosečna vrednost donje toplotne moći (Hd) na području drţave Srbije, i ona iznosi 14,26 MJ/kg, odnosno - 42 -
14.260 MJ/ t. Da bi smo dobili ukupnu količinu energije, godišnju količiinu raspoloţive potrebno je pomnoţiti sa vrednošću Hd: Za velike količine energije, na primer, godišnje potrošnje neke drţave, koristi se izvedena jedinica, ekvivalent tone nafte, toe (ton of oil equivalent). Ona označava energiju koja je sadrţana u toni nafte. Donja toplotna moć nafte, dizela i lakog ulja za loţenje, se razlikuje u zavisnosti od izvora i tehnologije proizvodnje. Na svetskom nivou usvojena je vrednost 41,868 MJ po kilogramu nafte, pa 1 tое odgovara 41.868 MJ,odnosno oko 42 GJ. Da bi smo dobili količinu energije u toe, dobijenu vrednost za količinu energije ćemo podeliti sa Hd nafte: Postupak je identičan i za povrtarske i voćarske kulture: raspoloţive biomase iz povrtarskih kultura, koju kao i kod ratarskih kultura mnoţimo sa referentnom vrednošću Hd: Ako pretvorimo u toe, dobijamo:. energije iz povrtarskih kultura. raspoloţive biomase iz voćarskih kultura i vinove loze. Ako pretvorimo u toe, dobijamo:. energije iz voćarskih kultura i vinove loze. - 43 -
Kad se dobijene vrednosti saberu, dobijamo ukupno odnosno energije iz godišnje biljne poljoprivredne biomase. Za snagu se koristi jedinica vat, W, odnosno hiljadu puta uvećano kw. Snaga odjednog vata je jedan dţul u sekundi, J/s. Ukoliko se snaga u kw realizuje u toku jednogčasa, h, dobija se rad ili energija od 1 kwh. Uobičajeno je korišćenje ove jedinice zaelektričnu energiju, a za toplotnu MJ itd. U poslednje vreme, u publikacijama namenjenimširokom spektru korisnika, sve više se kwh koristi i kao jedinica za toplotnu energiju. Veza izmeďu kwh i MJ je sledeća: 1 kwh = 3, 6 MJ, pa moţemo izraziti dobijene vrednosti i u kwh : Energetski potencijal životinjske biomase Kod generisanjа energije upotrebom biomase u stočarskoj proizvodnji, odnosno dobijanja biogasa iz stajnjaka, proces je nešto drugačiji. Na slici 25 prikazana je šema procesa proizvodnje biogasa iz poljoprivredne sirovine. Celokupan proces proizvodnje biogasa odvija se u četiri faze: priprema sirovine, anaerobna digestija, skladištenje digestata i/ili post digestija i izdvajanje i prerada biogasa. Priprema supstrata Prvu fazu čini priprema supstrata u kojoj se vrši sakupljanje otpada, skladištenje i premeštanje u digestor. Ukoliko je potrebno, odreďene sirovine mogu biti podvrgnute pred tretmanima u cilju olakšavanja procesa razgradnje. U ovoj fazi neophodno je izvršiti i usitnjavanje krupnijeg materijala. Nakon pripreme, sirovina se transportuje u digestor. Anaerobna digestija Druga faza obuhvata sam proces anaerobne digestije koji se sastoji iz hidrolize kiselinske faze i metanske faze. Proces anaerobne digestije se odvija u digestoru (fermentoru)i uslovljen je reakcionim uslovima kao što su temperatura procesa, mešanje, ph, vremehidrauličke retencije i sadrţaj organskih materija u sirovini. Postoji više tipova digestora i najčešće se izraďuju od čelika ili betona. Mogu biti horizontalni ili vertikalni i opremljeni su sistemom za mešanje i homogenizaciju supstrata, kako bi se na najmanju moguću meru sveo rizik stvaranja plutajućih slojeva i sedimenta. Mešanje supstrata omogućava bolje snabdevanje mikroorganizama hranjivim materijama pospešujući postupak proizvodnje biogasa. Prosečno zadrţavanje supstrata u digestoru je izmeďu 20 i 40 dana, zavisno od vrste supstrata i temperature na kojoj se odvija digestija. Skladištenje digestata i/ili post digestija Digestat koji ostaje nakon anaerobne razgradnje predstavlja odlično bioďubrivo s obzirom da su organske materije razgraďene do oblika koji je mnogo povoljniji za usvajanje od strane biljaka. Digestat se moţe odlagati bez prethodnog razdvajanja faza ili se moţe izvršiti separacija tečnog Ďubriva i komposta. Osim toga, digestat se moţe koristiti i za dobijanje energije direktnim sagorevanjem, mada ovakva primene značajno zavisi od sirovine koja se koristi za proizvodnju biogasa. - 44 -
Slika 25. Šematski prikaz biogas postrojenja [28] Izdvajanje i prerada biogasa Biogas koji se izdvoji tokom procesa anaerobne digestije se, u zavisnosti od namene, dodatno prečišćava pre skladištenja. Najčešće se iz biogasa izdvaja vodena para i vodonik-sulfid. Nakon toga, biogas se moţe koristiti za različite namene, kao što su direktno sagorevanje, kombinovana proizvodnja toplotne i električne energije (kogeneracija), ubrizgavanje u gasnu mreţu (neophodna naknadna rafinacija i povećanje sadrţaja metana do 95%), za pogon motornih vozila (neophodna naknadna rafinacija i povedanje sadrţaja metana do 97%) [28]. Gruba procena je da se od ukupne količine stajnjaka u opštini Novi Sad, koja iznosi 95.365,9 t/god moţe dobiti oko 1.300.000 m 3 biogasa. Donja toplotna moć biogasa iz stajnjaka je 23 MJ/m 3. Da bi smo dobili ukupnu količinu energije, godišnju količiinu raspoloţivog biogasa potrebno je pomnoţiti sa vrednošću Hd: odnosno u kwh: - 45 -
5.4. Potencijal energije vetra Da bi se izvršila procena potencijala neke oblasti za izgradnju FV-a, postoji odreďena procedura u kojoj se po tehničkoj dokumentaciji traţe podaci o pravcu i intenzitetu vetra u što kraćem vremenskom periodu. Najkraći vremenski period je godinu dana jer se vrši istraţivanje tokom sva četiri godišnja doba. Evropski atlas vetrova sadrţi osnovne podatke za vremenski period od 10 godina. Današnji vetrogeneratori najčešće imaju turbine na visinama od 40 m i više. Iz tog razloga je potrebno poznavati brzine vetra na visinama od 40, 50 i 80 m iznad tla. One se mogu dobiti na dva načina: merenjem, koje je potrebno da traje bar godinu dana i zahteva specijalne merne stubove, opremljene odgovarajućom instrumentacijom, ili preračunavanjem raspoloţivih dugoročnih rezultata iz hidrometerološke stanice, koje se u opštini Novi Sad nalazi na lokaciji Rimskih Šančeva [29]. Ruţa vetrova nam pokazuje učešće pojedinih smerova i prosečnih ili maksimalnih brzina vetra u tim smerovim, sa naznačenim stranama sveta. Ruţa vetrova za Novi Sad (lokacija Rimski Šančevi) prikazana je na sledećoj slici. Slika 26. Ruţa vetrova za grad Novi Sad [29] Posmatrajući sliku ruţe vetrova, moţe se zaključiti da su najčešći vetrovi pravaca W (West - zapad) i WNW (West-NorthWest - zapad-severozapad) tako da bi najisplativije bilo da se lopatice vetrogeneratora postave u tom pravcu. Pravci ESE (East-SouthEast - istokjugoistok) i SE (South-East - jugoistok), vezani su za košavu, u intervalu izmeďu 5 i 10 m/s nešto su reďi, ali je pravac ESE najčešći kada je reč o brzinama koje premašuju 10 m/s. Relativno su česti jugozapadni vetrovi SSW (South-SouthWest - jug-jugozapad) i WSW (zapad-jugozapad - West-SouthWest), koji su malih brzina (6-7 m/s) na visini od 50 m iznad tla. Zbog orografskog poloţaja Fruške Gore najnepovoljniji su vetrovi iz pravaca S (South - jug) i SSE (South-South-East - jug-jugoistok), a zatim u skladu sa opštom - 46 -
cirkulacijom atmosfere, vetrovi severostočnog pravca NE (North-East -severoistok) i NNE (North-NorthEast - sever-severoistok). Na slici 27 prikazan je srednji dnevni hod vetra u Novom Sadu, na visinama 40 m, 50 m i 80 m. Vidi se da je vetar na 40 m prosečno, gotovo celog dana, u intervalu izmeďu 4 i 5 m/s i da svoj maksimum dostiţe oko podne. Na visini 50 m iznad tla vetar je danju za oko 0,2, a noću za oko 0,4 m/s intenzivniji. Na visini od 80 m po povećanje brzine se kreće od 0,4 m/s u podne, do 0,8-0,8 m/s povremeno tokom noći. Slika 27. Srednji dnevni hod brzine vetra na visinama 40, 50 i 80 m iznad tla [29] Histogram empirijske raspodele pokazuje zavisnot učestalosti vetra od brzine. Na slici 28 se vidi da je na visini 40m iznad tla vetar duva najčešće u intervalu izmeďu 3 i 4 m/s, i to oko 20% od ukuonog broja dana u godini. Na brzine ispod 1m/s otpada takoďe 20% godišnje. Vetar ima brzinu ispod 2 m/s 55 dana u godini, a ispod 3 m/s 103 dana u godini. Sa druge strane, na visini od 40 m iznad tla, vetar duva 5 dana godišnje brzinama većim od 12 m/s. - 47 -
Slika 28. Empirijska raspodela srednje brzine vetra u intervalima od po 1 m/s,na40 m iznad tla [29] Na slici 29 se vidi da na visini od 50 m iznad tla u Novom Sadu vetar najčešće duva brzinom izmeďu 3 i 4 m/s, i to oko 70 dana godišnje. Na brzine ispod 3 m/s otpada 100 dana godišnje, a na brzine preko 12 m/s, 7 dana godišnje. Slika 29. Histogram empirijske raspodele srednje brzine vetra u intervalima od po 1 m/s, na visini 50 m iznad tla [29] Na slici 30 vidi se da na visini od 80m iznad tla u Novom Sadu, vetar najčešće duva brzinama 4-5 m/s, i to oko 67 dana godišnje. Na brzine ispod 3 m/s otpada 95 dana gpdišnje, a brzinama preko 12 m/s duva 12 dana godišnje. - 48 -
Slika 30. Histogram empirijske raspodele srednje brzine vetra u intervalima od po 1 m/s,na visini 80m iznad tla [29] Dijapazan brzina vetra, pri kojima VTG-i sa horizontalnom osom rotacije proizvode električnu energiju, je od 3 do 25 m/s, a maksimalnu nominalnu snagu postiţu pri brzini 12-15 m/s kada su u pitanju VTG-i veće snage. Prema priloţenim podacima moţe se zaključiti da vetar na teritoriji grada Novog Sada ima dovoljnu brzinu za ekspoataciju putem vetregeneratora. Srednja godišnja brzina iznosi 4,8 m/s, a da bi se ulaganje isplatilo treba odabrati vetrogeneratore koji imaju startnu brzinu od 3 m/s. Zbog brzine kojom duva vetar na lokaciji Novog Sada i Rimskih Šančeva, gde je merenje izvršeno, postavljanje VTG-a veće snage bilo bi neisplativo jer je nedovoljan intenzitet i broj dana tokom kojih duva povoljan vetar. Usled navedenih razloga teritorija Novog Sada je prihvatljivija za implementaciju VTG-a srednje i male snage koje bi koristila pojedinačna domaćinstva za rad grejno-rashladnih ureďaja, što bi dovelo do rasterećenja elektroenergetske mreţe, naročito u danima teških vremenskih uslova (tokom vrelih letnjih dana, kada je potrebna veća količina električne energije za rad klima ureďaja i zimi na velikim hladnoćama, kada se koriste električni kaloriferi). Poslednjih godina se intenzivno radi na razvoju i usavršavanju vetregeneratora, posebno za oblasti u kojima nema dovoljno jakih vetrova za izgradnju farme vetroelektrana velikih kapaciteta. Takva postrojenja obično nemaju veću snagu, ali su veoma korisna za dopunu elektroenergetske mreţe i napajanje domaćinstava. 5.4.1. Određivanje proizvedene električne energije upotrebom vetroelektrane Snaga vetroelektrane je odreďena njenom sposobnosti da konvertuje energiju vetra i pretvori je u obrtni momenat lopatica koje pokreću generator. Jasno je da snaţniji generatori iziskuju više stubove, veće lopatice i snaţnije vetrove. Da bi se izračunala proizvodnja energije upotrebom vetroelektrane, trebalo bi da seizmeri stvarna izlazna snaga ili da se pretpostavi faktor kapaciteta (CF). Faktor kapacitet je odnos stvarne izlazne energije i teoretske maksimalne snage, koji varira u zavisnosti od brzine vetra, u - 49 -
odreďenom vremenskom periodu. Faktori kapaciteta su obezbeďeni za mnoge izvore električne energije, i mogu, u teoriji, varirati 0-100 %. Što se tiče energije vetra, CF se obično kreće 25-45% za projekte komercijalne upotrebe, a prema EIA (Energy Information Administration), za zemlje EU - 27, iznosi 13% [32]. Najčešće korišćeni vetregeneratori raspolaţu snagama 1-3 MW. Ako koristimo generator snage 1,5 MW, uz CF od 13%, vrlo lako se odreďuje količina proizvedene električne energije. Pre samog proračuna, potrebno je definisati karakteristike vetrogeneratora koji se koristiti. U okviru ovog rada koristiće se Nordex S77/1500, snage 1,5 MW. Njegovi osnovni podaci i tehničke specifikacije dane su u tableli 17, a preuzete su sa sluţbene stranice proizvoďača. Visina za sve proračune je 80 m. Ovaj vetrogenerator, zbog povećanog promera lopatica i korišćene tehnologije nagiba, je optimalan za lokacije sa srednjim i slabim brzinama vetra, kakva je i teritorija opštine Novi Sad. Tabela 17. Karakeristike vetrogeneratora Nordex S77 [31] Parametar Vrednost Broj lopatica 3 Brzina rotora Promer rotora 9,9-17,3 rpm (Revolutions per minute) 77 m Brzina uključenja Brzina isključenja Ukupna teţina Duţina lopatice Snaga Napon Korisnost Faktor snage 3,5 m/s 2,5 m/s 34000 kg 37,5 m 1500 kw (promenljivo) 690 V 95% pri nominalnoj snazi 0,9 ind do 0,95 kap Proračun je prikazan u nastavku: CF : 0,13 (13%) Kapacitet turbine :1,5 MW Izlazna snaga na godišnjem nivou: Ako ovu dobijenu količinu električne energije uporedimo sa potrebama grada Novog Sada koje iznose u 2015. godini oko 1.380.529 MWh (uz tendenciju rasta u narednim - 50 -
godinama), za potpunu supstituciju načina dobijanja električne energije bilo bi potrebno nešto manje od 1.000 vetrogeneratora ovog kapaciteta, što je broj koji je svakako veliki i nedostiţan i koji potvrďuje konstataciju da grad Novi Sad raspolaţe skromnim potencijalima u domenu vetroenergije. Slika 31. Vetrogeneratori Nordex S77 5.5. Retrospektiva potreba i potencijala električne i toplotne energije iz OIE grada Novog Sada U prethodnim poglavljima analizirane su potrebe za električnom i toplotnom energijom grada Novog Sada, predstavljene su projekcije porasta potrošnje do 2030. godine i date su procene potencijala raspoloţivih OIE. Potrošnja električne energije se povećava velikom brzinom, sa 1.024.489 MWh, kolika je bila 2005. godine, pa sve do 2.230.958 MWh, kolika je procena da će dostići 2030. godine, što predstavlja povećanje od čak 117% u periodu od 25 godina. Što se tiče toplotne energije, osnovna karakteristika novosadskih toplana je visoka opterećenost (konzum prevazivazi instalirane kotlovske kapacitete). Tokom zimskih meseci, konzum pojedinih gradskih toplana (TO Istok ) dva puta prelazi instalirane kotlovske kapacitete. Usled ekspanzione izgradnje i porasta višeporodičnog stanovanja u Novom Sadu, u poslednjoj deceniji sve toplane su povećale svoje energetske potrebe, odnosno količine isporučene toplotne energije. To je dovelo do dodatnog naprezanja već - 51 -
zastarele opreme u pojedinim toplanama, kao i do havarija na pojedinim trasama vrelovodne mreţe. Ipak, u celini gledano, toplifikacioni sistem u gradu za sada funkcioniše optimualno u granicama svojih kapaciteta, alije jasno da će u najskorijoj budućnosti morati da se radi na proširenju postojećih kapaciteta i/ili eventualnu izgradnju novih postojenja. U 2005. godini instalisani konzum je iznosio 784.009 kw (stambeni i poslovni), a procena je da će do 2030. porasti na 1.237.639 kw, što je porast od 57%. U sagledavanju grada mora se uzeti u obzir i proizvodnja energije iz TE-TO Novi Sad. Prioritet TE-TO je proizvodnja električne energije, dok se toplotna energija proizvodi u cilju rasterećenja postojećih gradskih toplana u periodima velike potraţnje toplotne energije. Iz tog razloga proizvodnja električne i toplotne energije u TЕ-TO prilično varira iz godine u godinu. U narednoj tabeli 18 predstavljene su maksimalne količine električne i toplotne energije koje se mogu dobiti upotrebom OIE, i koje su analizirane u okviru rada, u skladu sa potencijalima. Tabela 18. Količine električne i toplotne energije iz OIE za grad Novi Sad Toplotna energija Električna energija Solarna energija 430000 MWh/god 308000 MWh/god Geotermalna energija od 836 do 2450 MWh/god ---------- Energija vetra ---------- 1730 MWh/god* Energija biomase kogeneracija 8305,5 MWh/god iz stočarske proizvodnje 437545 MWh/god iz biljne proizvodnje * Odnosi se nagodišnju proizvodnju jednog vetrogenratora Nordex S77 ** Vaţno je napomenuti da je energiju biomase najbolje eksploatisati u kogeneracionim postrojenjima i procesima, pa je u skladu sa tim u tabeli dat ukupan potencijal energije. Zbog skromnih potencijala geotermalnih izvora, kao što je i navedeno u prethodnim poglavljima, moguće je generisati isključivo toplotnu energiju upotrebom geotermalne, a što se tiče energije vetra, ona se ne koristi u proizvodnji toplotne energije. - 52 -
6. ANALIZA UTICAJA RAZMATRANIH OIE NA ŽIVOTNU SREDINU 6.1. Solarna energija Solarna energija, uključujući koncentrisane sisteme koji koriste reflektujuće materijale, kao što su ogledala za koncentrisanje energije sunca, a potom pretvaraju toplotu u električnu energiju, postaje sve isplativija za snabdevanje električnih mreţa, iako je još uvek daleko skuplja od alternativnih tehnologija. Sistemi solarne fotovoltaţe (PV), koji direktno pretvaraju solarnu svetlost u električnu energiju, posebno su pogodni za ruralnu elektrifikaciju u oblastima koja nemaju uslove za male hidroelektrane, kakav je i Novi Sad. Ovakvi sistemi mogu se koristiti za proizvodnju električne energije, ispumpavanje vode i njeno odrţavanje, zdravstvene sisteme i komunikacije. Fotovoltaţni sistemi imaju malo negativnih efekata tokom upotrebe, ali proizvodnja njihovih ćelija zahteva paţljivu kontrolu zbog upotrebe potencijalno otrovnih i opasnih materijala. Monokristalne, polikristalne i amorfne fotonaponske ćelije karakteriše niska, a kadmijun-telurske srednja potrošnja mineralnih sirovina. Upotreba germanijuma (Ge) moţe da predstavlja problem za proizvodnju amorfnih ćelija, zbog ograničenih količina ovih elemenata u prirodi. Isto vaţi i za indujum (In) i telur (Te). Proizvodnja fotonaponskih ćelija ima jednak uticaj na ţivotnu sredinu kao i industrija poluprovodnika, koji je uglavnom nizak zbog primene postojećih propisa u oblasti ţivotne sredine. Time doprinosi i potreban stepen čistoće materijala. Postoji potencijalna mogućnost zagaďenja, ukoliko doďe do kvara na ureďajima u procesu proizvodnje. U toku rada ne dolazi do zagaďenja ţivotne sredine niti se oslobaďaju toksične materije. Moduli koji su postavljeni na kose i ravne krovove mogu da imaju negativan vizuelni uticaj, jer su vidljivi sa većih udaljenosti, što moţe da naruši izgled urbanog ili ruralnog područja. Fotonaponski moduli koji su postavljeni na tlu, delimično ili potpuno mogu da onemoguće upotrebu zemljišta za druge namene. Ipak, samo mali deo zamljišta biva zauzet, dok veći deo i dalje moţe da se koristi za zelene površine ili pašnjake [16] [2]. Karakteristika solarnih toplotnih sistema je da nemaju direktne emisije zagaďujićih materija i da prilikom njihovog rada ne dolazi do zagaďenja ţivotne sredine bukom. Uticaj na ţivotnu sredinu pri konstrukciji je isti kao i njihov uticaj u samom procesu proizvodnje. Instalacija kolektora na krovove moţe biti potencijalno opasna. Rizik od smrti ili povreda radnika pri samom procesu instalacije kompatibilan je sa istim kod odţačara, graďevinskih radnika i majstora i smatra se za nizak rizik. Zauzimanje prostora nije od značaja, jer se ovi sistemi uglavnom instaliraju na već postojeće krovne površine. Jedino, ukoliko se postavljaju u slobodnim područjima, moguć je njihov negativni efekat. Isparavanje radnog fluida tokom prekida rada sistema moţe da se spreči adekvatnim dizajnom sistema i stoga ne predstavlja rizik po zdravlje ljudi. Negativan efekat na ţivotnu sredinu usled većih kvarova nije tipičan za solarne sisteme. Moguće opasnosti od povreda mogu da nastanu ukoliko doďe do pada kolektora koji nije propisno instaliran, što se moţe izbeći redovnim odrţavanjem i primenom standarda o bezbednosti i zdravlju. Što se tiče odlaganja na kraju ţivotnog ciklusa, moguće je recikllirati glavne komponente solarnih toplotnih sistema (u Nemačkoj je proizvoďač obavezan da preuzme kolektor kada mu se završi ţivotni vek i da reciklira materijale) [2]. Dakle, prednosti solarnih sistema su: uvek prisutno besplatno gorivo, ne zagaďuju ţivotnu sredinu, ne ispuštaju CO 2 u atmosfer,u ne stvaraju kisele kiše, - 53 -
ne stvaraju nikakav otpad, ne zagaďuju zemljište i vodotokove, za rad ne zahtevaju vodu, mogućnost otvaranja radnih mesta, posebno u fazi izgradnje. Nedostaci: energija se proizvodi samo preko dana, efekti rada su umanjeni po oblačnom, kišovitom vremenu i zimi, velike elektrane zauzimaju ogromne površine zamljišta. 6.2. Geotermalna energija Kao i svi obnovljivi izvori, i geotermalna energija ima relativno mali uticaj na zagaďenje ţivotne sredine. Sve delatnosti u vezi sa dobijanjem i korišćenjem geotermalne energije usmerene su na relativno ograničenu oblast, u neposrednoj blizini potrošača, pošto se koristi lokalni termalni fluid. Zbog toga se i uticaj geotermalne energije na okolinu odnosi samo na usko područje geotermalnog lokaliteta. Izgradnja bušotina, cevovoda i lokalnih energetskih instalacija doprinosi promeni izgleda mesta. Problem moţe predstavljati buka, a postoji i mogućnost da doďe do havarije i nekontrolisane erupcije. Nakon uvoďenja bušotine u redovan rad, lokalitet se vraća u ranije stanje. Kada se posmatraju elektrane ili toplane koje koriste geotermalnu energiju, tu nema sagorevanja goriva, a ispuštena količina gasova je znatno manja i potpuno drugog sastava u poreďenju sa izduvnim gasovima, nastalim sagorevanjem konvencionalnog goriva. Termalni fluidi mogu na površinu da iznesu odreďene količine prirodnog gasa ili rastvorenih gasova kao što su ugljen-dioksid, metan, vodonik, azot itd. Te količine su relativno male i mogu separacijom da se odstrane iz termalnog fluida. Kod geotermalnih fluida prisutne su relativno male količine sumpornih oksida, nema azotnih oksida, čaďi i pepela. Problem je znatno manji u odnosu na konvencionalne termoelektrane, kod kojih produkti sagorevanja sadrţe čaď, pepeo, oskide ugljenika, azota, sumpora i neke druge sastojke. Uticaj otpadne toplote ogleda se u remećenju ekološke ravnoteţe, bilo u reciili u okolnoj atmosferi, pri čemu kod hlaďenja vlaţnog toplog vazduha moţe da doďe do pojave oblaka, senke i magle, a česta je i pojava lokalnih padavina. Elektrane koje koriste geotermalnu energiju najčešće su deo kompleksog sistema, zasnovanog na korišćenju geotermane energije i pri čemu otpadna toplota moţe da se koristi za različite namene. Nakon korišćenja u geotermalnim instalacijama, geotermalni fluidi mogu da budu ispuštani u površinske vodeili da budu vraćeni u podzemni sloj. Veliki uticaj na zagaďenje površinskih, al ii podzemnih voda mogu da imaju rastvorene meniralne materije u geotermalnim vodama. U principu, termalne vode sadrţe viši procenat mineralnih soli, nego što je to slučaj sa hladnim vodama. Ako se vodi računa o svim merama zaštite, geotermalna energija ne ugroţava značajno površinske i podzemne vode, jer je mineralizaciju odreďenim postupcima moguće svesti u dozvoljene granice. To ima i odreďen ekonomski interes, jer se kao nusprodukti dobijaju vredne mineralne sirovine [2]. - 54 -
6.3. Energija vetra Prilikom planiranja novih kapaciteta, mnoge energetske kompanije se odlučuju za farme vetrenjača zbog toga što njihova primena ima ekonomskog i ekološkog smisla. Svaki kwh proizveden obnovljivim izvorima energije, zamenjuje isti koji bi s druge strane trebao da bude proizveden u elektranama na fosilno gorivo, što ima za posledicu redukciju negativnih uticaja na ţivotnu sredinu, a naročito emisije CO 2 u atmosferu. MeĎu svim obnovljivim izvorima energije, energija vetra je rangirana kao jedna od najjeftinijih opcija za smanjenje emisije CO 2, ali i emisije drugih zagaďujućih materija. Moderni vetrogenerator od 600 kw će tokom svog radnog veka na prosečnoj lokaciji, u zavisnosti od vetrovitosti mesta i stepena iskorišćenja kapaciteta, sprečiti emisiju za od 20.000 do čak 36.000 tona zagaďujućih materija MeĎutim, izgradnja i rad vetrogeneratora moţe imati i neke negativne posledice: Vizuelni uticaj. Stubovi vetrogeneratora dostiţu visine 50-70m, pa su iz tog razloga vidljivi i sa velikih udaljenosti i nesporno menjaju okolni pejzaţ. Oko ovog problema postoje podele javnog mnjenja. Nema jedinstvenog stava, i zbog toga je potrebno paţljivo ispitati stav javnosti o ovom pitanju. Značajno je napomenuti da su česti primeri farmi vetrogeneratora, koje su postale obeleţja i turističke atrakcije neposredne okoline. Zvuk iz turbina na vetar. Emitovanje zvuka iz turbina moţe se smatrati kao mehanička i aerodinamička buka. Mehanička buka je posledica kretanja metalnih delova i njihovog meďusobnog udaranja. Prve turbine, koje su izgraďene 80-tih godina emitovale su buku sa preko 200 m udaljenosti, ali razvojem je nivo buke značajno opao, pa se tako savremene turbine konstruisane za tihi reţim rada. Uvedene su obavezne modifikacije, kao što je uglačana površina lopatice, rotori velikog prečnika sada imaju malu rotacionu brzinu. TakoĎe, lociranjem u odabranim delovima ruralnih zona, uticaj buke se minimalizuje. Uticaj VTG-a na ptice. Organizacije za zaštitu prirode su često protivnici izgradnje VTG-a zbog bojazni od eventuale povećane smrtnosti ptica. Dešava se da se ptice sudaraju sa predmetima koje oteţano uočavaju, pa se tako VTG-i, zbog svoje visine i rotora, proglašeni pretnjom po ptice, posebno ukoliko se nalaze na eventualnoj migratornoj putanji. Brojnim studijama zaključeno je da je rizik prihvatljiv, pojedine vrste se brzo naviknu na FV, nekim treba duţi vremenski period, a neke čak koriste VTG-e kao svoja gnezda. Uticaj VTG-a na telekomunikacione uređaje. U pojedinim situacijama, VTG-i mogu da utiču na ometanje radio i TV signala (telekomunikacione sisteme). Ovo ometanje se lako prevazilazi, paţljivim lociranjem savremenih VTG-a, poštujući tehničke normative, vezane za planiranje ovakvih objekata. Opšte smernice koje se koriste u Danskoj (kao lideru u udelu vetroenergije u ukupnoj potrošnji) su da udaljenost izmeďu najbliţih kuća i VTG-a treba da bude minimum 6-8 prečnika rotora. Socijalna prihvaćenost. Stepen društvene prihvaćenosti vetrogeneratora direktno zavisi od posledica njihovog uticaja na ljude i ţivotnu sredinu na lokalitetu gde su locirani. U poslednje vreme sprovodi se istraţivanje uzajamne veze izmeďu implementacije vetrogeneratora na odreďenom lokalitetu i turizma. Treba istaći da je veliki značaj primene vetrogeneratora upravo zato što se korišćenjem energije - 55 -
vetra, obnovljiv izvor energije, ujedno doprinosi nezavisnoti jedne zemlje od trţišta fosilnih goriva. Kvarovi. Nema specifičnih negativnih uticaja na ţivotnu sredinu u slučaju kvara na vetrogeneratoru. U najgorem slučaju postoje limitirani lokalni efekti. Da bi se ovi efekti umanjili, unapred se definišu adekvatni projektni i radni uslovi. Poţari na električnim komponentama mogu da uzrokuju ispuštanje zagaďujućih materija odreďenih koncentracija. Ipak, to nije karakteristično samo za postrojenja sa vetrogeneratorima, nego obuhvata sva postrojenja za proizvodnju energije. Redovnim odrţavanjem, ovakve havarije mogu da se spreče [33] [2]. Pri planiranju i izgradnji vetrogeneratora u opštini Novi Sad, posebnu paţnju treba posvetiti uticaju na ptice. Zavod za zaštitu prirode je u tu svrhu izradio kartu ugroţenosti ptica sa migratornim koridorima. Slika 32. Karta ugroţenosti ptica sa migratornim koridorima [33] Na karti se vidi da se Opština Novi Sad nalazi na području niţe ugroţenosti ptica, ali i na jednom od migratornih koridora. Iz tog razloga je potrebno uraditi detaljnu stučnu analizu i procenu uticaja. 6.4. Energija iz biomase Od svih goriva koja su danas u upotrebi jedino biogorivo zadovoljava kriterijum zatvorenog sistema (u pogledu stvaranja ugljen-dioksida i čvrstih materijalnih produkata sagorevanja). Ulaz u proces sagorevanja predstavlja biomasa kao gorivo i vazduh (odnosno kiseonik). Izlaz iz njega čine: dobijena energija, pepeo i gasoviti produkti sagorevanja sa ugljen-dioksidom kao glavnim predstavnikom. Ţivi biljni svet procesom fotosinteze vezuje taj CO 2 i uz pomoć solarne energije izgraďuje svoju masu. Čvrsti materijalni ostatak -pepeo, takoďe kao Ďubrivo učestvuje u izgradnji nove biljne mase. Na - 56 -