Obnovljivi

[SEMINARSKI RAD – ENERGIJA POLOŽAJA VO DE]

2


1. HIDROENERGIJA

Sunčeva enegija koja dopire do Zemljine površine izaziva isparavanje vode na površinama okena, rijeka i jezera, ali i sa površine tla i iz biljaka. Ta se voda podiže u obliku vodene pare na neku visinu i stvaraju se oblaci. Oborine padaju na zemlju, pa ta voda ima potencijalnu energiju

prema nivou mora. Ako je prosječna visina kopna 700 m iznad mora, površina kopna 130.106 km2 i ako su prosječne padavine 0.9 m vodenog taloga onda je ukupna potencijalna energija oborina koje padaju na kopno oko 220.000 TWh godišnje. Za usporedbu današnja svjetska proizvodnja je oko 2800 TWh godišnje. Ali samo manji dio te potencijalne energije se može upotrijebiti jer je potrebna odreĎena koncentracija vode, a to se ostvaruje u vodotocima. Od padavina koje padaju na kopno samo mali dio stiže u vodotoke, ostalo preuzimaju biljke ili odlazi u unutrašnjost zemlje. Za svaku tačku vodotoka (profil vodotoka) moguće je na osnovu topografije zemljišta odrediti površinu zemljišta ili tzv. oborinsko područje sa kojeg voda dotiče d otiče u vodotok. Omjer količine vode koja se tokom godine pojavljuje u vodotoku (na posma tranom profilu) i količine padavina na oborinskom području (na posmatranom profilu) zovemo faktor oticanja. On zavisi o klimi, topografskim i geološkim uticajima. Kreće se u širokim granicama (0.25-0.95). 1.1 Energija vodotoka

Količina vode koja protiče vodotokom u jedinici vremena (m3/s) ili protok nije konstantna veličina, već ovisi o oborinama, topljenju snijega, količini vode koja podzemnim putem dotiče do vodotoka. Može se računati da je protok u toku 24 sata konstantan (srednji dnevni protok). Aritmetička sredina dnevnih protoka u jednoj godini je srednji godišnji protok, a u nizu godina (25-40 godina) srednji višegodišnji protok. Idući od izvora ka ušću prosječni višegodišnji dotok sve više raste jer se povećavaju oborinska područja pa su količine vod e od oborina koje gravitiraju vodotoku sve veće. Istodobno od izvora ka ušću kota nivoa površine vode postaje sve manja. Svakom profilu vodotoka odgovara odreĎena kota H (visina iznad površine vode u metrima) i odreĎeni srednji višegodišnji protok Q (m3/s). Kada iskorištavamo potencijalnu energiju vode izmeĎu dvije kote govorimo o korištenju vode na padu koji je jednak razlici kota. U posljednjih 30- ak godina proizvodnja energije u hidroelektranama je utrostručena, ali je time udio hidroenergije povećan sa 2.2% na 3.3%. U nuklearnim elektranama u istom je razdoblju

proizvodnja povećana gotovo sto puta. To je zbog toga jer korištenje hidroenergije ima svoja ograničenja. Ne može se koristiti posvuda jer podrazumijeva obilje brzo tekuće vode, a poželjno je i da je ima dovoljno cijele godine, jer se električna struja ne može jeftino uskladištiti. Da bi se poništio utjecaj oscilacija vodostaja grade se brane i akumulacijska jezera. To znatno diže cijenu cijele elektrane, a i diže se nivo podzemnih voda u okolici a kumulacije. Nivo podzemnih voda ima dosta utjecaja i na biljni i životinjski svijet, pa prema tome hidroenergija nije sasvim bezopasna za okoliš. Veliki problem kod akumuliranja vode je i zaštita od potresa, a u zadnje vrijeme i zaštita od terorističkog či na. Protok kod HE je veoma promjenljiv pa se nikada ne gradi HE kapaciteta koja može iskoristiti svu vodu, u doba velikih protoka, jer u ostalim periodima mašine ne bi mogle raditi punim kapacitetom. Zato je srednji iskoristivi protok manji od srednjeg višegodišnjeg protoka. Imamo i gubitke u cjevovodima i mašinama. Znači da imamo količinu energije i snage koja je manja od srednje snage i energije vodotoka. Količina energije koja bi se 3


mogla obuhvatiti izgradnjom ekonomičnih postrojenja nazivamo ekonomski i skoristivom energijom vodotoka. Radi što slikovitijeg prikaza tabelarno su dati podaci o iskoristivim vodenim snagama i ostvarenoj proizvodnji u 2000. godini u HE, te grafikom je dan prikaz iskorištenosti vodene snage u svijetu:

Tabela. 1.1. Podaci o iskoristivim vodenim snagama

Sl. 1.1. Prikaz iskorištenosti snage vode po kontinentima

Najveće su snage u Americi (oko 36% ukupnih), zatim u Aziji (oko 30%) i Africi (oko 16.3%). Europa ima tek oko 7% ukupnog iznosa. Procjenjuje se da je iskorišteno oko 25% svjetskog hidroenergetskog potencijala. Većina neiskorištenog potencijala nalazi se u nerazvijenim zemljama, što je povoljno jer se u njima očekuje znatan porast potrošnje energije. Preostali potencijal u elektranama snage preko 10 MW može biti iskorišten u 52 HE prosječne snage od oko 25 MW. Znatan broj budućih hidro akumulacija će imati višenamjenski karakter (snabdjevanje vodom, vodoprivreda, energetika). Najveći projekti, planirani ili započeti, odnose se na Kinu, Indiju, Maleziju, Vijetnam, Brazil, Pe ru... Rastuća potreba za energijom pri tome često proteže nad brigom o uticajima na okoliš, a dimenzije nekih zahvata nameću dojam da je njihovo izvoĎenje ne samo stvar energije nego i prestiža. 4


Dvije trećine Zemljine kugle pokriveno je vodom koja isparava , pa ukapljivanjem opet dospijeva na Zemlju u obliku padavina (oborina). U zavisnosti od klimatskih uslova količine padavina su različite za različita područja. Količina vode koja se sa padavinama slijeva u vodotok i u sekundi protiče nekim presjekom rijeke zavisi i od geoloških vegetacijskih uslova okolnog terena (npr. Rijeke kraških predjela koji su bogati padavinama imaju relativno male protoke); Krive vodnih količina pokazuju promjenu protoka neke rijeke tokom mjeseci u godini sa zimskim i ljetnim minimumom, te proljetnim i jesenskim maksimumom;

Sl. 1.2. Kriva vodnih količina

Kriva na (sl. 1.2) je osnova za dobijanje promjene trajanja vodnih količina iz koje se vidi tokom koliko vremena se može osigurati odreĎeni protok vode (Slika 1.3).

Sl. 1.3. Kriva trajanja vodnih količina

5


Srednju godišnju količinu računamo ako se površina ispod krive podijeli s vremenom:

     ∫ 

(1.1)

Najviša i najniža ordinata krive na Slici 1.2 naziva se poplavnom i količinom najnižeg vodostaja. Da bi se dobile te krive, mjerenja se provode tokom nekoliko godina, a unose se srednje

vrijednosti niza mjerenja. Poznavajući ovisnost vodnog protoka i raspoloživog pada rijeke, odnosno vodostaja, tak oĎer mjerenjem, može se ucrtati kriva promjene pada (slika 1.4) tokom godine.

Sl. 1.4. Ovisnost trajanja vodnih količina, pada i snage

Iz krive trajanja količina i pripadnih visina može se odrediti kriva raspoložive snage P tokom godine pomoću sljedećeg izraza: P = ρ g Q H [W] ρ

- gustina vode (uzima se pribli.na vrijednost 1000) [kg/m 3];

g – gravitaciono ubrzanje 9,81 [m/s 2]; Q – volumni protok [m 3/s]; H – raspoloživi vodeni pad [m] .

Površina ispod krivulje snage čini raspoloživu energiju u toku srednje godine:

6

(1.2)




∫ 

(1.3)



Padovi HE. Razlika izmeĎu gornjeg, dotočnog nivoa vode i donje odvodne vode naziva se statičkim padom Hst. Ukupni pad HE naziva se bruto pad Hb, koji se dobija ako se statički pad uveća za kinetičku energiju ulazne mase vode kojoj treba oduzeti kinetičku energiju vode na izlaznom presjeku;

        

(1.4)

Neto pad – Hn, hidreoelektrane se dobija ako se od bruto pada oduzmu gubici strujanja vode u privodnom dijelu sistema do ulaza u turbine;

             

(1.5)

Hst - statički pad;

 - Kinetička energija ulazne mase vode;   - Kinetička energija vode na izlaznom presjeku; 

∑ - suma gubitaka. 4.2 Hidroelektrane Hidroelektrana ili hidroelektrična centrala je postrojenje u kojem se potencijalna energija vode

najprije pretvara u kinetičku energiju njezinog strujanja, a potom u mehaničku energiju vrtnje vratila turbine te, konačno u električnu energiju u električnom generatoru. Hidroe lektranu u širem smislu čine i sve graĎevine i postrojenja, koje služe za prikupljanje (akumuliranje), dovoĎenje i odvoĎenje vode (brana, zahvati, dovodni i odvodni kanali, cjevovodi itd.), pretvorbu energije (vodne turbine, generatori), transformaciju i r azvod električne energije (rasklopna postrojenja, dalekovodi) te za smještaj i upravljanje cijelim sistemom (strojarnica i sl). Iskorištavanje energije vodnog potencijala ekonomski je konkurentno proizvodnji električne energije iz fosilnih i nuklearnog gor iva, zato je hidroenergija najznačajniji obnovljivi izvor energije.

Energija koju HE proizvodi pretvorbom vodne energije pomoću turbine i elektrogeneratora u električnu energiju prema jednadžbi je: EHE = ρ g H V η A [J]

(1.6)

i snaga

          7

(1.7)


V – zapremina vode koja protiče kroz turbinu [m3], Q – protok turbine [m3/s].

η A – stepen korisnog djelovanja agregata koji je jednak produktu η T (turbine) i ηG (elektrogeneratora) prema :

η A=ηT ηG

(1.8)

Stepen korisnog djelovanja turbine i generatora ovisi o tipu i veli čini stroja u projektnoj ta čki mogu iznositi: ƒ ηT = 0,85 do 0,96 i ƒ ηG = 0,96 do 0,98. Zbir svih nominalnih snaga agregata instalisanih u HE daju nazivnu snagu (P N) hidroelektrane, što obično odgovara maksimalnoj snazi HE: PN=PG+PD+PR

(1.9)

U jednadžbi (1.9) su: Pg – garantovana snaga, P d – dodatna snaga i P r – rezervna snaga. P g se dobija analizom grafova opterećenja potrošača te zadnje računske osiguranosti energijom. Dodatna snaga P d se odreĎuje bez garancije, posebno za HE s ograničenom mogućnošću regulacije vodnog toka, i za taj iznos se isključuje računanje za druge elektrane. Rezervna snaga P r koja je sastavni dio P N može se rasčlaniti prema sledećoj jednačini a treba omogućiti neprekidan rad HE: Pr = P A + Ppr + Prm + Pdr

(1.10)

P A – rezerva u slučaju iznenadnih kvarova (havarija), P pr – snaga koja se koristi pri neplaniranim oscilacijama preopterećenja zbog održavanja ravnoteže. P rm – rezerva za potrebe kratkih neplaniranih remontnih radova neke HE ili TE u sistemu radi zamjene manjih dijelova, P dr –

rezerva za prekoplanska opterećenja. Najveća energija koja se može dobiti u vremenu T iz HE jednaka je:

  

(1.11)

U nekom razdoblju rada (T) hidroelektrane, kada će se mjenjati potrošnja struje i protok vode, proizvedena će energija biti:



  ∫ 

(1.12)



PHE – transformirana snaga vode u električnu struju u vremenu T. Omjer energije prema jednačini (1.11) i (1.12) jest koeficijent nazivne snage:

    8

(1.13)


K može iznositi od 0,29 do 0,45 za neke elektrane prema literaturi (za vrijeme rada elektrane od 3 950 sati kroz godinu dana jest K = 0,45). U zadnjih trideset godina proizvodnja u

hidroelektranama je utrostručena, a njen udio povećan je za 50 %, za to je vrijeme proizvodnja u nuklearnim elektranama povećana za 100 puta, a udio oko 80 puta. Ti podaci pokazuju da se proizvodnja u hidroelektranam a brzo povećava, ali značajno zaostaje za proizvodnjom u nuklearnim elektranama (ali i termoelektranama). Razlog takvom stanju leži u činjenici da iskorištavanje hidroenergije ima bitna tehnička i prirodna ograničenja. Glavno ograničenje jest zahtjev za po stojanjem obilnog izvora vode kroz cijelu godinu, jer je skladištenje električne energije skupo i vrlo štetno za okoliš, osim toga na odreĎenim lokacijama je za poništavanje uticaja oscilacija vodostaja potrebno izgraditi brane i akumulacije. Njihovom izgradnjom

značajno se povećava investicija, utjecaji na okoliš, potrebna je zaštita od potresa itd.

Sl. 1.5. Shema Hidroelektrane

2. KLASIFIKACIJA HIDROELEKTRANA

Hidroelektrane se mogu podijeliti prema njihovom smještaju, padu vodotoka, načinu korištenja vode, volumenu akumulacijskog bazena, smještaju strojarnice, ulozi u elektroenergetskom sustavu, snazi itd. 2.1 Podjela HE prema naĉinu korištenja

Prema načinu korištenja vode, odnosno regulacije protoka, hidroelektrane se dijele na: akumulacijske, kod kojih se dio vode prikuplja (akumulira) kako bi se mogao koristiti kada je potrebnije - protočne, kod kojih se snaga vode iskorištava kako ona dotiče - reverzibilne ili crpno-akumulacijske, kod kojih se dio vode koji nije potreban pomoću viška struje u sus tavu crpi

na veću visinu, odakle se pušta kada je potrebnije. 9

[SEMINARSKI RAD – ENERGIJA POLOŽAJA VO DE] 2 .1 .1 A k u m u l a c i j s k e h i d r o e l e k t r a n e

Potencijalna energija akumulacijskih hidroelektrana dolazi od akumulacionog jezera, koji ima branu, i kad je potrebno voda se dovodi do vodne turbine i elektri čnog generatora, da bi se

proizvela električna energija. Snaga ovisi o visini vodenog stupca, ili razlici visine izmeĎu površine vode u akumulacionom jezeru i odvodu vode poslije vodne turbine. Velika cijev koja vodi od akumulacionog jezera do vodne turbin e naziva se tlačni cjevovod.

Sl. 2.1. Akumulacijska hidroelektrana

2.1.2 Protoĉne hidroelektrane

Protočne hidroelektrane su one čija se uzvodna akumulacija može isprazniti za manje od dva sata rada kod nazivne snage ili takva da akumulacija uopće ne postoji.

Sl. 2 .2 . Protočna hidroelektrana

10


Kinetička energija vode se skoro direktno koristi za pokretanje vodnih turbina. Vrlo su jednostavne za izvoĎenje, nema dizanja nivoa vodostaja, imaju vrlo mali uticaj na okoliš, ali su i vrlo ovisne o trenutno raspoloživom vodenom toku (primjer: Hidroelektrana Rijeka). 2.1.3 Reverzibilne hidroelektrane Reverzibilnim turbinama voda se iz donjeg akumulacijskog jezera pumpa natrag u gornje

akumulacijsko jezero. Taj proces se dešava u satima u kojima nije vršno opterećenje, radi uštede energije i radi raspoloživosti postrojenja u vršnim satima. Principijelno, donja akumulacija služi za punjenje gornje akumulacije. Iako pumpanje vode zahtjeva utrošak energije, korisnost se očituje u tome što hidroelektrana raspolaže sa više vodenog potencijala za vrijeme vršnih opterećenja.

Sl. 2.3. Reverzibilna hidroelektrana

Osnovna primjena je pokrivanje vršnih opterećenja. Energetski su neefikasne, ali su praktičnije od dodatne izgradnje termoelektrana za pokrivanje vršnih opterećenja potrošnje. 2.2 Podjela HE prema smještaju samih postrojenja

Prema smještaju samih postrojenja, odnosno prema vodenom toku čiju energiju iskorištavaju, hidroelektrane mogu biti: - "klasične", na kopnenim vodotokovima: rijekama, potocima, kanalima i sl. - na morske valove, - na morske mijene: plimu i oseku.

2.2.1 Hidroelektrane na valove Hidroelektrane na valove su elektrane koje koriste energiju valova za proizvodnju električne

energije. Energija valova je obnovljivi izvor energije. To je energija uzrokovana najvećim dijelom

11


djelovanjem vjetra o površinu okeana. Snaga valova se razlikuje od dnevnih mijena plime/oseke i stalnih cirkularnih okeanskih struja.

Sl. 2.4. Hidroelektrana na valove

Za korištenje energije valova moramo odabrati lokaciju na kojoj su valovi dovoljno česti i dovoljne snage. Ta snaga varira ovisno o zemljopisnom položaju, od 3 kW/m na Mediteranu do 90 kW/m na Sjevernom Antlatiku. 2.2.2 Hidroelektrane na plimu i oseku Energija plime i oseke spada u oblik hidroenergije koja gibanje mora uzrokovano morskim

mijenama ili padom i porastom nivoa mora, koristi za transformaciju u električnu energiju i druge oblike energije. Za sad još nema većih komercija lnih dosega na eksploataciji te energije, ali potencijal nije mali. Energija plime i oseke ima potencijal za stvarnje električne energije u odreĎenim dijelovima svijeta, odnosno tamo gdje su morske mijene izrazito naglašene. Morske mijene su predvidljivije od energije vjetra i solarne energije. Taj način proizvodnje električne energije ne može pokriti svjetske potrebe, ali može dati veliki doprinos u obnovljivim izvorima energije. Na pojedinim mjestima obale u zapadnoj Francuskoj i u jugozapadnom dijelu Velike

Britanije amplituda dostiže i više od 12 m. Za ekonomičnu proizvodnju je potrebna minimalna visina od 7 m. Procjenjuje se da na svijetu postoji oko 40 lokacija pogodnih za instalaciju plimnih elektrana.

12


Sl. 2.5. Hidroelektrana na morske mijene 2.3 Podjela HE prema padu vodotoka

Prema padu vodotoka, odnosno visinskoj razlici izmeĎu zahvata i ispusta vode (klasične) hidroelektrane se mogu podijeliti na: - niskotlačne, s padom do 25 m ; - srednjotlačne, s padom izmeĎu 25 i 200 m ; - visokotlačne, s padom većim od 200 m. 2.3.1 Niskotlaĉne HE

Za niske padove (do približno 40 metara) koriste se takozvane Kaplanove turbine koje rade slično kao i Francisove turbine, s tim da je broj lopatica daleko manji. Kaplanova turbina je propelerna vrsta vodnih turbina, sa zakretnim lopaticama na rotoru i radi samo na niskim padovima vode, uglavnom sa velikim protokom. Da bi se smanjili sudarni gubici

i osiguralo strujanje vode s najmanje hidrauličkih gubitaka, u većini propelernih turbina, lopatice radnog kola mogu se zakretati u pogonu. Izvedba turbina sa zakretnim lopaticama rotora je

složenija nego izvedba običnih propelernih turbina, no njihove energetske karakteristike su znatno povoljnije. Njihov stepen iskorištenja može biti i preko 90 %. Propelerne turbine spadaju u red aksijalnih hidrauličkih strojeva s primjenom pri malim padovima i velikim protocima. Korisni padovi se kreću od nekoliko metara pa sve do 60 -70 metara. 13


Sl. 5.6. Kaplanova (propelerna) turbine

2.3.2 Srednjotlaĉne HE Za srednje padove (do 200 metara) koriste se takozvane Francisove turbine, kod kojih

provodni dio s lopaticama okružuje kolo. U provodnom dijelu ovih turbina potencijalna se energija vode samo djelomično pretvara u kinetičku, tako da s odreĎenim predpritiskom dospijeva u obrtno kolo (kotač) i njemu predaje svoju energiju. Francisove turbine imaju veliki stepen iskoristivosti kapaciteta s preko 90%, te veliki raspon

djelovanja u odnosu na visinu (konstruktivni pad) fluida pri protoku kroz turbinu. To je naročito naglašeno kod vode gdje postiže optimalan rad pri konstruktivnom padu od 20 metara do čak 700 metara, a izlazna snaga može biti od par kilovata do 750 MW. Promjer rotora može biti od 1 m do 10 m, a broj okretaja rotora od 83 do 1000 okretaja u minuti.

Sl. 2.7. Francisova turbine

14


2.3.3 Visokotlaĉne HE Za visoke padove (preko 200 metara) primjenjuju se takozvane Peltonove turbine kod kojih se

potencijalna energija vode u provodnom dijelu potpuno pretvara u kinetičku, i u obliku vodenog mlaza pokreće lopatice turbine pretvarajući kinetičku energiju u mehaničku. Peltonova turbina je vodna turbina koja se koristi za velike padove (preko 200 m) i manje

protoke vode. Ona je meĎu turbinama s najvećim stepenom iskorištenja. Glavni je prestavnik turbina slobodnog mlaza ili akcijs kih turbina. Geometrija lopatica je tako podešena da se one okreću sa pola brzine mlaza vode, koriste skoro svu količinu gibanja mlaza vode, koji napušta turbinu gotovo bez ikakve brzine. Ona nije potopljena u vodi i lopatice se okreću u zraku. Maksimalna snaga može biti do 200 MW.

Sl. 2.8. Peltonova turbine

2.4 Podjela HE prema udaljenosti strojarnice od brane Prema udaljenosti strojarnice od brane hidroektrane se dijele na: - pribranske, čija je strojarnica smještena neposredno uz branu, najčešće po dnu nje - derivacijske, čija je strojarnica

smještena podalje od brane. 2.5 Podjela HE prema smještaju strojarnice

Prema smještaju strojarnice h idroektrane se dijele na: - nadzemne, kod kojih je strojarnica smještena iznad nivoa tla - podzemne, kod kojih je strojarnica smještena ispod n ivoa tla. 2.6 Podjela HE prema instalisanoj snazi

Prema instaliranoj snazi (učinku) hidroelektrane mogu biti: - velike (nekoliko stotina MW do preko 20 GW), - male (od 2 MW do 10 MW), - mikro (do 100 KW), - piko (ispod 5 kW).

Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno odreĎe ni pa se, na primjer, mogu kretati od 5 kW (u 15


Kini) do 30 MW (SAD- u), dok se kod nas malom smatra HE snage izmeĎu 50 i 5000 kW.

TakoĎer valja reći da u nekim zemljama postoji i dodatna podjela hidroelektrana malih snaga na mikro, mini i male hidroelektrane. 2.6.1 Velike HE

Velike hidroelektrane su megagraĎevine i obično imaju snagu od nekoliko stotina MW do preko 20 GW. Trenutno najveće hidroelektrane u pogonu su: hidroelektrana Tri klanca (Kina) – 22,5 GW, hidroelektrana Itaipu (Brazil/Paragvaj) – 14 GW i hidroelektrana Guri (Venecuela) – 10,2 GW. U nastavku slijedi kratak opis tri velike najpoznatije hidroelektrane na svijetu: 2.6.1 Velike HE

Velike hidroelektrane su megagraĎevine i obično imaju snagu od nekoliko stotina MW do preko 20 GW. Trenutno najveće hidroelektrane u pogonu su: hidroelektrana Tri klanca (Kina) – 22,5 GW, hidroelektrana Itaipu (Brazil/Paragvaj) – 14 GW i hidroelektrana Guri (Venecuela) – 10,2 GW. U nastavku slijedi kratak opis tri velike najpoznatije hidroelektrane na svijetu: 2.6.1.1 Velika hidroelektrana „Tri klanca“ u Kini

Brana Tri klanca je najveća hidroelektrana na svijetu, nalazi se na rijeci Jangce. To je najveća Kineska rijeka pa tako i rijeka najbogatija vodom što opravd ava izgradnju hidroelektrane na njoj. MeĎutim hidro akumulacijsko jezero te brane, je toliko veliko da svojom težinom opterećuje zemljinu koru. Ako se uzme u obzir da je to područje geološki nestabilno, tj. da se nalazi na spoju litosfernih ploča, jasno je da postoji opravdani rizik od potresa. Dok znanstvenici strahuju od potresa i urušavanja brane, političari tvrde da takav rizik ne postoji. Najveća hidroelektrana svijeta je 2009. puštena u pogon. Nakon završetka evakuacije posljednjeg grada koji je pot opljen zbog projekta brane Tri klanca, jer je omogućeno da se nivo vode u rezervoaru podigne na konačnih 175 metara iznad nivoa mora. Posjeduje 26 divovskih turbina proizvodi 85 milijardi kWh struje godišnje (22 500MW – 22,5 GW) (približno 18 srednjih nuklearki), te će time biti zadovoljeno 10% kineskih potreba. Visina brane je visoka 185 i duga 2309 metara, na vrhu široka 18 metara, a uz dno 124 metra. Jezero je dugo 630 kilometara, te svojom veličinom prevazilazi najveću Brazilsku hidrolelektranu, Itiap u. Povećava se plovnost Jangce, čista hidroenergija smanjuje upotrebu najprljavijeg fosilnog goriva, ugljena, kojim se truju šume i stanovništvo ne samo u Kini nego i u susjednim državama. Tokom gradnje hidroelektrane Tri klanca poplavljeno 29 miliona kvadratnih metara zemlje, dva

velika i 116 manjih gradova su se potopila, raseljeno je više od milion stanovnika (neki spominju i dva miliona). U umjetnom jezeru završit će sva prljavština poto pljenih gradova, tvornica i bolnica i više od tri hiljade industrijskih i rudarskih poduzeća . Otprilike da bi dobili 1 kWh električne energije, potrebno je 366 grama ugljena. Zbog toga hidroelektrana Tri klanca smanjuje potrošnju ugljena za 31 milion tona godišnje, te smanjuje stakleničke plinove: 1 milion tona sumporovog dioksida, 370 000 tona dušikovih oksida, 10 000 tona ugljikovog monoksida, a i značajnu količinu žive. Smanjuje se i energija za rudarenje, pranje i prijevoz rude do elektrane. 16


Sl. 2.9. HE Tri klanca Kina

2.6.1.2 HE Itaipu ( Brazil / Paragvaj )

HE Itaipu je bila najveća hidroelektrana na svijetu ali je nakon izgradnje HE Tri klanca postala druga po veličini. To je zajednički poduhvat Brazila i Paragvaja na rijeci Parana. Instalirana snaga hidroelektrane je 14 GW, sa 20 generatora od po 700 MW. Rekord u proizvodnji struje je postignut 2000. kada je proizvedeno 93,4 milijarde kWh energije (93% ukupne potrošnje u Paragvaju i 20% ukupne potrošnje u Brazilu). Sporazum o izgradnji brane i hidroelektrane je zaključen 1973. Umjetno jezero je formirano 1982. Prvi generatori s radom su počeli 1984., a posljednji septembra 2006. i marta 2007. Ukupno ih sada ima 20. Time je instalirani kapacitet podignut na 14.000 MW. Po međudržavnom ugovoru, nije dozvoljeno puštati u rad više od 18 turbina istovremeno. Američko udruženje građevinskih inženjera je 1994. proglasilo branu Itaipu za jedno od Sedam čuda modernog svijeta. Statistika: - za izgradnju brane upotrijebljeno je 50 miliona tona zemlje i kamena; - od betona upotrijebljenog za izradu brane bilo bi moguće izgraditi 210 nogometnih stadiona veličine Marakane u Brazilu; - od čelika upotrebljenog za izgradnju, moglo bi se napraviti 380 Eiffelovih tornjeva; - iskopana količina zemlje u ovom projektu je 8,5 puta veća od one iskopane pri gradnji Eurotunela; - na izgradnji je radilo oko 40.000 ljudi; - dužina brane je 7235 metara, a maksimalna 225 metara; - maksimalni protok je 62,2 hiljade kubnih metara vode u sekundi.

17


Sl. 2.10. HE Itaipu

2.6.1.3 HE Hoover (SAD)

Sedamdesetpet godina je prošlo otkako je izgraĎena; nije više najviša, nije najveća i nije najsnažnija (u smislu energije koju daje njena elektrana); to su danas druge, u svijetu i u Sjedinjenim Državama, ali i ona sama još uvijek je “strašna”, nakon svih ovih godina. Hoover Dam, u Crnom kanjonu – Black Canyon, na granici izmeĎu Nevade i Arizone, oko 50 km jugoistočno od Las Vegasa. Hidroelektrana ispod Hooverove brane iako više nije najveća, sa svojih 17 generatora, proizvodi još uvijek energije koju bi, općenito govoreći, dale dvije nuklearne elektrane – oko 2.078 MW. Akumulacijsko jezero Lake Mead najveće je umjetno jezero u Sjedinjenim Državama, dugo 177 km, maksimalne dubine 152 m, kapaciteta 35,200.000.000 kubnih metara ekvivalent

dvogodišnjeg prosječnog protoka čitave rijeke Colorado. Prošle godine, nažalost, nivo vode u jezeru Mead najniži je u 39 godina i južnoj Nevadi je prijetilo izvanredno stanje. Rijeka Colorado, odnosno jezero Mead snabdjeva Las Vegas sa 90

% vode, ali količina vode koju akumulacijsko jezero može primiti dovoljna je da preplavi državu veličine Pennsylvanije.

18


Sl. 2.11. Hooverova brana

2.6.2 Male HE

Za male hidroelektrane se smatra da nemaju nikakav štetan uticaj na okoliš, za razliku od velikih, čija se štetnost opisuje kroz velike promjene ekosistema (gradnja velikih brana), uticaji na tlo, poplavljivanje, uticaji na slatkovodni živi svijet, povećana emisija metana i postojanje štetnih emisija u čitavom životnom ciklusu hidroelektrane, koje su uglavnom vezane za period izgradnje elektrane, proizvodnje materijala i transport. Danas se za tehnologiju vezanu za hidroenergiju, koja se smatra obnovljivim izvorom energije,

može reći da je tehnički najpoznatija i najrazvijenija na svjetskom nivou, sa iznimno visokim stepenom učinkovitosti, 22% svjetske proizvodnje električne energije dolazi iz malih i velikih hidroelektrana.

Granična snaga koja dijeli hidroelektrane na male hidroelektrane razlikuje se od zemlje do zemlje.

Neke zamlje poput Portugala, Španije, Irske, Grčke i Belgije su prihvatila 10 MW kao gornju granicu instalirane snage za male hidroelektrane. U Italiji je granica 3 MW, u Švedskoj 1,5 MW , u Francuskoj 8 MW, u Indiji 15 MW, u Kini 25 MW. MeĎutim u Europi se sve više prihvata kapacitet od 10 MW instalirane snage kao gornja granica i tu granicu je podržalo Europsko udruženje malih hidroelektrana (ESHA), te Europska komisija.

19


2.7 Dijelovi Hidroelektrane

Razlikuju se sljedeći karakteristični dijelovi hidroelektrane: brana ili pregrada, zahvat, dovod, vodna komora, tlačni cjevovod, strojarnica (turbina, generator...) i odvod vode. - Brane ili pregrade imaju višestruku namjenu tj. služe za s kretanje vode s njezinoga prirodnog

toka prema zahvatu hidroelektrane, povišenje nivoa vode radi postizanja boljeg pada i ostvarivanje akumulacije. - Zahvat vodu zaustavljenu pregradom prima i upućuje prema hidroelektrani. Postoje dva tipa zahvata, zahvat na površini i zahvat ispod površine. - Dovod spaja zahvat s vodnom komorom. Može biti izgraĎen kao kanal ili tunel. Tunel može

biti izgraĎen kao tlačni ili gravitacijski, hidroelektrane s tlačnim tunelom su puno elastičnije u pogonu jer mogu bez ikakvih djelovanja slijediti promjene opterećenja. - Tlaĉni privod služi za voĎenje vode iz vodne komore do turbine. Najčešće se izraĎuju od čelika, a za manje padove i od betona. Profil je uglavnom trapeznog oblika. Izvodi se u kanalima i rovovima čija se konstrukcija izvodi tako da se postignu najmanji hidraulički gubici. - Vodna komora se nalazi na kraju dovoda. Dimenzionisanje vodne komore ima velik utjecaj na pravilno funkcionisanje hidroelektrane. - U strojarnici se nalaze generatori zajedno sa turbinama. Hidrogeneratori se rade pretežno u

vertikalnoj izvedbi zbog ekonomičnije izvedbe hidrauličkog dijela elektrane. Hidrogeneratori s horizontalnom osovinom susreću se u postrojenjima manje snage ili kad dvije Pelton ili Francis turbine pogone jedan generator.

2.7.1 Izbor osnovnih elemenata hidroelektrane

Hidroenergetski sistemi spadaju u najsloženije i najprostranije sisteme koje čovjek uopšte gradi. Grade se u sastavu kompleksnih vodoprivrednih objekata, čime se značajno povećava stepen složenosti objekata, kao i tehničkih, ekonomskih, ekoloških, socijalnih i drugih problema koje treba rješavati pri planiranju i ralizaciji sistema. U izbor osnovnih elemenata HE spadaju: - Izbor tipa hidroelektrane - Izbor broja agregata - Izbor tipa turbina - Izbor generatora

2.7.1.1 Izbor tipa hidroelektrane

Ključna filozofija iskorištenja vodnih snaga je u ostvarivanju koncenrtacije pada na što kraćem potezu vodotoka, pri čemu se teži da se smanji na minimum nekoristan rad vode, kojim se gubi pad zbog nei zbježnih hidruličkih gubitaka. Za stvaranje i koncentraciju pa da u okviru hidroenergetskih sistema koriste se sledeće šeme: a) pribranske šeme - ovdje se potreban pad realizuje isključivo podizanjem brane. One se primjenjuju kod vodotoka sa velikim protocima i malim padovima, kao i za realizaciju postrojenja

vrlo velikih instalisanosti, kada bi derivaciona šema bila neprikladna jer bi zahtijevala veoma velike dimenzije derivacionih objekata. Pribranske hidroelektrane se realizuju od najmanjih

20


padova (od oko 1,5 m) do padova preko 200m, koji je ograničen jedino mogućnostima izgradnje visokih brana. b) derivacione šeme - ovdje se poreban pad za hidroelektranu stvara isključivo derivacijom (skretanjem) toka kanalima, tunelima i cjevovodima; Ovaj način korište nja se primenjuje kod

vodotoka sa većim padovima. Kod njih se zahvat vode realizuje niskom branom, koja ne stvara akumulaciju, niti ona sama konstruiše pad, već služi samo da omogući skretanje u dovodnu derivaciju. c) kombinovana šema - koncentracija pad a se stvara branom i derivacijom. Zbog veće visine

brane postoje i značajnije oscilacije nivoa u jezeru, zbog čega je u takvim slučajevima dovodna derivacija pod pritiskom. Zato se ovdje uvek koristi vodostan. 2.7.1.2 Izbor broja agregata

Instalisana snaga postrojenja raspodjeljuje se na m agregata, najčešće istog tipa i i identičnih konstruktivnih karaktersitika, kako bi se ostvarilo što lakše održavanje (odstupanje od ovog pravila je samo u slučaju primjene fazne gradnje kod kojih su agre gati montirani u vremenski dosta razdvojenim fazama).

Najpovoljniji broj agregata se odreĎuje na osnovu energetsko-ekonomske analize razmatranog postrojenja. Za definisanje instalisane snage usvajaju se dvije- tri moguće varijante broja agregata i za svaku od njih se odreĎuju odgovarajući parametri turbine i generatora, gabariti mašinske zgrade, predmjer radova i godišnji troškovi. Zatim se za svaku varijantu odreĎuju odgovarajuće ukupne uštede u mješovitom EES, tako da se može usvojiti ona varijanta sa najvećom ukupnom uštedom. Zato se optimizacioni zadatak , ustvari, svodi na to da treba maksimizirati uštede po broju agregata i njihovoj snazi. Kod vrlo velikih elektrana ide se na više od četiri agregata, jer bi kod njih manji broj agregata doveo do takvih d imenzija turbina i genaratora koje ne može da proizvede mašinogradnja, ili bi bili teški uslovi za transport od fabrike do elektrane. Ukoliko imamo HE sa tri agregata na bazi ukupne četiri mjesečne vode te količinama 1/3 Q po turbini, proračun specifične brzohodnosti za usvojenu brzinu obrtaja (n) agregata će se vršiti prema jednačini:

       Q – protok (m3/s) H – napor (m) n – brzina obrtaja (ob/min)

21

(2.1)


2.7.1.3 Izbor tipa turbina Izbor tipa turbina obavlja se simultano sa izborom broja agregata, jer je za izbor broja agregata

potrebno poznavanje radnih karakteristika turbina, osnovnih gabarita, mase i koštanja agregata pojedinih veličina. Na izbor savremenih turbina najznačajniji uticaj imaju pad, protok i specifični broj obrtaja. Iz krivulje trajanja vodnih količina nakon odreĎivanja broja agregata slijedi količina Q i padovi po agregatu, pa maksimalna snaga iznosi:

  

(2.2)

Usvajanjem brzine obrtanja generatora, odnosno agregata slijedi specifična brzohodnost :

   √  

(2.3)

Iz nq bira se tip turbine i njezine glavne dimenzije.

Tabela. 2 .1 specifična brzohodnost turbine

2.7.1.4 Izbor generatora

Osnovni parametri koji definišu jedan hidrogenerator mogu se podeliti u dvije grupe: a) parametri koji proističu iz parametara turbine: nominalni broj obrtaja, aktivna snaga, zamajni momenat i b) parametri specifični za sam generator: faktor snage, prividn a snaga, nazivni napon i opseg regulacije napona.

Sl. 2.12. Generator HE

22


Pored pomenutih parametara postoje konstruktivne osobine generatora koje su bitne sa gledišta rješavanja mašinske zgrade, kao što su: prečnik rotora (utiče na izbor radnog kola tur bine), dimenzije statora (prečnik i visina), raspored ležišta, podjela vratila (bitno za izbor visine kranova).

Sa hidroenergetskog stanovišta od bitnog značaja je meĎusobni položaj turbine i generatora. Ovaj položaj može biti: a) sa vertikalnom osovinom, b) sa horizontalnom osovinom. Položaj osovine se bitno odražava na dispoziciju mašinske zgrade. 2.8 Položaj velikih hidroelektrana u savremenim EES

Velike hidroelektrane, tj. hidroelektrane su takoĎer kao i male hidroelektrane energetska postrojenja u koji ma se potencijalna energija vode pomoću turbine pretvara u mehaničku (kinetičku) energiju, te dalje u električnom generatoru u električnu energiju. Iskorištavanje energije vodnog potencijala ekonomski je konkurentno proizvodnji električne energije iz fosil nog i nuklearnog goriva, zato je hidroenergija najznačajniji obnovljivi izvor energije. Velike hidroelektrane su mega graĎevine i zaslužuju svaku pažnju. GraĎevine koje se nalaze i meĎu 10 najvećih na svijetu svakako treba upoznati. Kao što je već spomenuto električna energija je jedan od najčišćih oblika energije. A jedan on najraširenijih načina njene proizvodnje, pomoću obnovljivih izvora su hidroelektrane njihov udio meĎu obnovljivim izvorima energije je oko 97%. U zadnjih trideset godina proizvodnja u hidroelektranama je utrostručena, a njen udio povećan je za 50 %. Ti podaci pokazuju da se proizvodnja u hidroelektranama brzo povećava iz više razloga: za razliku od vjetra ili sunca, čiji intenzitet je nepredvidljiv te ovisi o meteorološkim prilikama, vo da, odnosno njen volumni protok, je puno stabilniji i permanentniji tokom godine. To znači da je i opskrba električnom energijom pouzdanija, hidroenergija je čista, nema otpada; nema troškova goriva (voda je besplatna) pod uslovom da je ima u dovoljnoj kol ičini; moderne hidroelektrane mogu do 90% energije vode pretvoriti u električnu energiju; puštanje hidroelektrane u pogon vrlo je brzo te se koriste za pokrivanje naglih povećanja potrošnje; umjetna jezera nastala izgradnjom hidroelektrana lokalno doprinos e ekonomiji i omogućavaju navodnjavanje, vodoopskrbu, turizam i rekreaciju. TakoĎer, vrlo zanimljiva skupina hidroelektrana su reverzibilne hidroelektrane, koje omogućavaju dva režima rada, te kao takve su vrlo isplative i poželjne za izgradnju. Procjenj uje se da je 2005. godine 20% ukupne svjetske potrošnje električne energije bilo opskrbljeno upravo energijom iz hidroelektrana, što je približno 816 GW. Danas se za tehnologiju vezanu za hidroenergiju, koja se smatra obnovljivim izvorom energije,

može reći da je tehnički najpoznatija i najrazvijenija na svjetskom nivou, sa iznimno visokim stupnjem učinkovitosti, 22% svjetske proizvodnje električne energije dolazi iz malih i velikih hidroelektrana. 2.9 Uslovi ukljuĉenja hidroelektrana u EES Proizveden a električna energija mora da zadovolji više uslova, od kojih poseban značaj imaju

uslovi dovoljnosti, kvaliteta, sigurnosti i ekonomičnosti.

23


2.9.1 Dovoljnost

Potrošačima treba obezbijediti, u uslovima racionalnog korišitenja energije, dovoljno energije z a nesmetanu proizvodnju, rad i razvoj. Uskraćivanje traženih količina električne energije, na bilo koji način (redukcijom isporuke, havarijskim isključenjima, i sl.), dovodi do velikih poremećaja u privrednom i socijalnom tkivu zemlje. U zemljama sa potpun o ureĎenim i izbalansiranim reprodukcionim lancima, neplanirane redukcije isporuke električne energije izazivaju velike štete. Zato je neplanirano uskraćena električna energija ne samo najskuplji vid energije, već i indikator nastanka znatno krupnijih pore mećaja u privrednom sistemu. 2.9.2 Kvalitet

Vrednosti učestanosti i napona, kao pokazatelja kvaliteta isporučene električne energije, moraju se održavati u dopuštenim granicama oko nominalne vrednosti, jer je to neophodan uslov za ispravan i bezbijedan rad svih potrošačkih i proizvodnih postrojenja i ureĎaja. Regulacija učestanosti vezana je za regulaciju proizvedenih i utrošenih aktivnih snaga, i ta regulacija se obavlja centralizovano, na nivou cijelog EES, jer je frekvencija identična u svim tačkama jedinstveno povezanog EES. Za razliku od učestanosti, koja je globalna sistemska veličina, napon je lokalna promjenljiva, i njegova veličina se vezuje za ravnotežu proizvedenih i potrošenih reaktivnih snaga. Hidroelektrane raznih tipova, uključujući i reverzib ilne hidroelektrane, imaju izvanrednu ulogu u procesu regulacije frekvencije i napona. 2.9.3 Sigurnost Rad EES mora da zadovolji vrlo visoku sigurnost funkcionisanja, u okviru koje postoje tri kategorije: operativna gotovost objekata, pouzdanost ispunjenja zadatka i obezbijeĎenost.

Operativna gotovost objekata se definiše vjerovatnoćom da objekti zadovoljavajuće funkcionišu u bilo kom trenutku vremena, ili su razpoloživi da prime opterećenje kada se od njih to zatraži. Pouzdanost ispunjenja zadatka sa defin iše vjerovatnoćom da sistem neće otkazati tokom trajanja zadatka. ObezbjeĎenost se definiše vjerovatnoćom da će sistem uspešno ispuniti svoje planirane funkcije sa stanovišta neophodnih resursa. Objekti hidroelektrana svih tipova su, zbog prirode svojih mašina i radnih procesa, neosporno povoljni sa gledišta operativne gotovosti/raspoloživosti i pouzdanosti. Sa druge strane, akumulacione hidroelektrane predstavljaju izvrsne objekte u pogledu obezbeĎenosti, posebno ukoliko se njima valjano upravlja. Zato su elektroenergetski sistemi koji u svom sastavu imaju akumulacione

hidroelektrane velikih zapremina i instalisanih snaga, povoljniji sa gledišta sigurnosti. U novije vrijeme se čak i u najrazvijenijim EES grade visoko instalisane akumulacione ili reverzibiln e hidroelektrane, prevashodno zato da bi se poboljšala sigurnost funkcionisanja EES. 2.9.4 Ekonomiĉnost

Posmatrajući EES kao tehnološku cjelinu, zahtjeva se da troškovi proizvodnje, prenosa i raspodjele električne energije budu što niži. Ispunjenju tog zahtjeva najviše doprinose hidroelektrane različitih tipova, ne samo zbog proizvodnje neuporedivo jeftinije hidroenergije, već i zbog toga što svojim fleksibilnim radom omogućavaju da postojeće termoelektrane rade u ekonomski najpovoljnijim režimima, što ravnomjernije, sa najvećim koeficijentom korisnog 24


dejstva. Zato se i smatra da uvoĎenje hidroelektrana u EES, doprinosi jačanju ekonomske stabilnosti EES. Na to ukazuju i sledeće činjenice: - Sa razvojem EES i promenama nivoa konzuma i strukture proizvodnje mijenja se uloga

hidroelektrane u sistemu, pa time i uslovi za njihovu ekonomsku valorizaciju. Povećava se vremenom optimalna instalisana snaga hidroelektrana svih tipova, a u EES one preuzimaju sve

važniju i delikatniju ulogu u obezbeĎivanju vršne snage i energije i ostvarivanje zahtjevane rezerve i sigurnosti funkcionisanja sistema. Ta promjena uloge hidroelektrana u EES učiniće ekonomičnim u budućnosti i neka postrojenja, koja se do sada ne bi mogla svrstati u kategoriju ekonomski iskoristivog potencijala. - Zbog tendencija poskupljenja fosilnih goriva i porasta cijena energije na pragu termoelektrana, sve veći broj planiranih hidroelektrana, ranije neekonomičnih, postaje ekonomski prihvatlji v.

Tendenciije u sferi vrednovanja hidroelektrane su takve da kriterijum ekonomičnosti za razmatrane hidroelektrane postaje dosta uprošćen : postaje ekonomična svaka hidroelektrana čija je cijena energije niža od cijene energije najskuplje termoelektrane č iju bi proizvodnju svojim ulaskom u pogon istisla iz EES. - UvoĎenje novih hidroelektrana u EES doprinosi povećanju njegove ekonomske stabilnosti. Ta

činjenica će biti sve relevantnija u budućnosti. - Razvoj tehnologije opreme za hidroelektrane omogućava sve ekonomičnije korištenje i dijela

potencijala koji se ranije klasičnom tehnologijom nije mogao ekonomično koristiti. To se naročito odnosi na razvoj cijevnih agregata raznih izvedbi, koji omogućavaju hidroenergetsko korištenje i sasvim malih padova. Iznos investicijskog ulaganja u HE bitno utiče na cijeli proračun kao i cijena kapitala (godišnje

otplate kamata). Investicijski ulog u HE stvara se iz cijene HE postrojenja (glavnog i pomoćnih) po kW instalisane snage, cijene graĎevinskih objekata akumulacije , privoda i odvoda vode te zgrada HE. Cijena voĎenja i održavanja elektrane i svih objekata takoĎer se pribraja. Čista investicijska ulaganja slijede odbitkom cijene prodaje amortiziranih instalacija HE na kraju njihovog radnog vijeka. Specifična investici ja:

    

(2.4)

 ]    [

(2.5)

J – ukupna investicijska sredstva (KM) Pn – nominalna snaga HE (kW). Cijena energije:

E – srednja godišnja proizvodnja proizvodnja energije (kWh/god)

25


Iznos troškova za amortizaciju objekta i postrojenja koji ovisi o investicijskom ulogu : Io = A + J α

(2.6)

α – koeficijent amortizacije Ukupna se cijena energoje dobije ako se sa Io označi kompleks troškova koji uključuje troškove

za voĎenje i održavanje:

Koeficijent rentabilnosti:

   

(2.7)

Izračunavanje rentabilnosti usko je vezano s cijenom proizvedene energije (CE). Dohodak HE ovisi o njenizoj instalirano j snazi, te srednjoj godišnjoj proizvodnji energije. Ako se izračunava proizvedena energija (E) po utvrĎenim tarifama ce, slijedi dohodak:

   

(2.8)

    

(2.9)

S dobivenom cijenom D izračunava se vrijeme angažovanja kapitala:

Recipročna vrijednost daje koeficijent rentabilnosti:

        Ako je, primjerice, T = 5 godina, tada je r = 0,2, odnosno 20%.

(2.10)

Iz svega gore navednog može se zaključiti da su hidroelektrane najpogodniji objekti za zadovoljenje uslova dovoljnosti, kvaliteta, sigurnosti i ekonomičnosti u jednom mešovitom EES. Sve to, uz izuzetno važnu činjenicu da se u njihovom slučaju radi o obnovljivom i ekološki čistom vidu energije, upućuje na nužnost inteziviranja korišćenja hidroenergetskog potenc ijala. Ako se još i zna da se sve savremene strategije razvoja energetike prave pod sloganom "3E efikasnost, ekonomičnost, ekološka zaštita" - pravi objekti, koji zadovoljavaju sva ta tri uslova su hidroelektrane. 3. MOGUĆI SCENARIJ ZA BUDUĆI RAZVOJ VELIKIH HE U BiH

Prema EU legislativi sve njene članice treba da do 2020. Godine realiziraju strateški plan ušteda energije od 20%, povećanja energijske efikasnosti za 20% i korištenje 20% energije iz obnovljivih izvora (EC, 2004). Takvi planovi za BiH realno nisu dostižni, ali trebaju biti podsticaj da se ovom tematikom počnemo ozbiljnije baviti. BiH se kroz Ugovor o Energetskoj zajednici, potpisan 2005. godine obavezala da postane dio unutrašnjeg energetskog tržišta EU . Ugovor traži poboljšanje situacije u pogledu uticaja na funkcionisanje velikih elektroenergetskih sistema, gubitaka pri transportu energije i distribuciji. Isti zagovara usvajanje mjera razvoja u području obnovljivih izvora energije i energijske efikasno sti, zaštite okoliša, socijalne kohezije i 26


regionalnog razvoja. Ugovor o energetskoj zajednici je temelj Sporazuma o stabilizaciji i

pridruživanju u oblasti energetike po članu 107. koji je BiH potpisala 2008. godine. Osnovni domaći izvori energije u BiH su ugalj i hidroenergija, dok se zemni gas i nafta uvoze. Struktura primarne energije je: ugalj: 56%, hidroenergija 10%, tečna goriva 28% i gas 6%. U proivodnji električne energije instalisani kapaciteti termoelektrana i hidroelektrana su u odnosu 49:51, dok je proizvodnja električne energije iz ova dva izvora u odnosu 75:25. Osnovna karakteristika BH. energetike je slaba efikasnost korištenja energije u cijelom životnom ciklusu (od ekstrakcije uglja ili uvoza goriva do konverzije energije u novac ili komfor).

Iskorišteni hidropotencijal je ispod 40% iskoristivog, što je nisko u poreĎenju sa drugim evropskim zemljama. Što se tiče malih hidroelektrana, ovdje je iskorištenost još niža. U BiH je 1991. godine bilo 11 malih HE, čime je bilo iskorišteno 4,4 % s nage malih HE, odnosno 5,7 % raspoložive energije. U toku su izrade studija hidroenergetskog potencijala. Stvorene su zakonske pretpostavke za izgradnju privatnih energetskih postrojenja i njihovo uvezivanje u

električnu mrežu. Nakon obnove postojećih objekata, EPBiH je pred novim izazovom izgradnje novih EEO koji će osigurati: - Sigurnost snabdijevanja i energetsku neovisnost - Rast obima prodaje - Povećanje energetske efikasnosti - Smanjenje emisije stakleničkih plinova - Korištenje domaćih resursa

Što se tiče hidroenergije u BiH, tehnički potencijal (mHE i vHE) je oko 6800 MW i oko 24000 GWh/godišnje (sa malim HE 700 MW i 2600 GWh/g). Iskorišteni potencijal (1991 god) je oko 38% po energiji i 35% po instalisanoj snazi što je najniže u Europi. Na osnovu podataka iz federalnog meteorološkog zavoda iskorištenost hidropotencijala rijeka u BiH je: Neretva 77%, Trebišnjica 74%, Vrbas 47%, Drina 40%, Cetina 40%, Bosna 2,8 % i Una 1,9%.

7%

5%

1%

45%

21%

Ugalj

Tečna goriva

Drvna masa 21%

Hidroenergija

Prirodn i gas

Sl. 3.1. Zastupljenost pojedinih energenata u energetskim potrebama BiH

27


Planirani HE projekti EPBiH: - Prioritetni projekti do 2014 god: 1. HE Vranduk 2. HE Janjići 3. MHE na slivu Neretvice 4. HE Una Kostela Aneks - Ostali projekti u pripremi 1. HE Ustikolina (60 MW, 247 GWh) 2015 – 2018 god, 2. HE Ĉaplje (12 MW, 56,8 GWh) 2015 – 2018 god, 3. HE Kruševo sa HE Zeleni vir (11 + 2,4 MW, 30,7 + 9,6 GWh) 2015 – 2018 god, 4. HE Kovanići (13 MW, 68 GWh) 2017 – 2020 god. 5. CHE Kablić, 52 MW 6. HE Han Skela, 12 MW 7. HE Ugar ušće, 12 MW 8. HE Ivik, 11,2 MW 9. HE Vrletna Kosa, 11,2 MW 10. HE Babino Selo, 11,5 MW 11. HE Glavatiĉevo, (3x9,5 MW) 12. HE Bjelimići, (2x50 MW)

Ukupna snaga iz planiranih HE je P = 1170 MW

28


3.1 HE Vranduk

Elektroprivreda Bosne i Hercegovine treba da počne sa izgradnjom nove hidroelektrane na rijeci Bosni nizvodno od Zenice, koja bi godišnje trebala proizvoditi nešto više od 96 GWh električne energije. Nova hidroelektrana snage nešto manje od 20 MW gradit će se na temelju ugovora o tridesetogodišnjoj koncesiji za korištenje vodnog dobra . Gradnja je trebala početi još 2010 godine ali je zbog nemogućnosti dobivanja potrebnih saglasnosti već dva puta bilo odgoĎeno. Ugovor o koncesiji je potpisan sredinom 2012 godine, a zaključen je na 30 godina, uz mogućnost produženja. Ukupna investicija procijenjena je na 126 miliona konvertibilnih maraka (oko 63 miliona eura). Iako je ovaj hidroenergetski objekat planiran graditi u periodu od 2012 do 2016 godine njegova izgr adnja ipak počinje ove godine.

Hidroelektrana "Vranduk" bit će izgraĎena tako da će proizvoditi ekološki prihvatljivu tzv. "zelenu energiju" jer će to, kako je pojašnjeno, biti "protočno postrojenje derivacijskog tipa.

Sl. 3.2. Vodotok rijeke Bosne u mjestu Vranduk

3.2 HE Janjići

Ciljevi izgradnje HE Janjići snage 13,3 MW, kao dio većeg programa razvoja energetskog potencijala rijeke Bosne, jesu godišnja proizvodnja oko 68 GWh električne energije, proširenje baze za proizvodnju energije u EPBiH i BiH, povećanje bezbjednosti u snabdijevanju električnom energijom, doprinos zaštiti životne sredine i r azvoju ekonomije BiH.

29


Sl. 3.3. Mjesto izgradnje HE Janjići

Početak izgradnje ove hidroelektrane je predviĎen za 2014 godinu a početak proizvodnje 2018 godine. 3.3 HE Una Kostela Aneks

Izgradnja ove hidroelektrane snage 6,5 MW se planira neposredno uz postojeću elektranu. Investicija je oko 23,5 miliona KM a njena godišnja proizvodnja bi trebala biti oko 21,5 GWh. Početak izgradnje se predviĎa 2014 godine, a p roizvodnja 2017 godine.

Sl. 3.4. Planirano mjesto izgradnje HE Una Kostela Aneks

30


Na osnovu dobivenih podataka o planiranim hidroenergetskim objektima u Federaciji BiH

tehnički iskoristiv hidroenergetski potencijal na području F BiH prikazan je u sljedećoj tabeli:

Tabela. 3.1. Pregled tehnički iskoristivog hidroenergetskog potencijala u Federaciji BiH (na temelju prikupljenih podataka o planiranim energetskim objektima)

raspolaže u ERS, tehnički iskoristiv hidroenergetski potencijal u Republici Srpskoj prikazan je u sljedećoj tablici. Na osnovu projektne dokumentacije s kojom se

31


Tabela. 3.2. Pregled tehnički iskoristivog hidroenergetskog potencijala Republike Srpske

Prema podatcima iz EPBiH u 2013 godini vodotoci su dosta veći u odnosu na prošlogodišnji,

izuzetno sušni januar. Prema tome ove je godine u hidroelektranama, u istom periodu, proizvedeno tri puta više električne energije nego prošle godine. Trenutno su se prirodni dotoci stabilizirali, a akumulacije se kroz povećan rad hidroelektrana, dovode u stanja da mogu primiti eventualne nove padavine, odnosno topljenje snijega u slučaju zatopljenja.

32


4. ZAKLJUĈAK

Obnovljivi izvori energije predstavljaju veliku šansu da se umanji ovisnost od fosilnih goriva. Do trenutka kada cijena eksploatacije fosilnih goriva postane neprihvatljivo visoka mora da postoji

jasna alternativa njegove zamjene. MeĎutim, i korištenje obnovljivih izvora energije, ukoliko se ne koriste na održivi način, može da predstavlja realnu opasnost za dalju degradaciju životne sredine i osiromašenja biološke raznovrsnosti. Jasno je da trenutno ne postoji jedinstveni izvor obnovljive energije koji bi u budućnosti mogao da zadovolji sve naše energetske potrebe. Samo korištenje čitavog spektra različitih energetskih izvora, u obimu koji zavisi od regionalnih i lokalnih specifičnosti i mogućnosti, dugoročno može dovesti do energetske stabilnosti i očuvanja postojećeg civilizacijskog nivoa. Komercijalizacija korišćenja obnovljivih izvora energije, koja se u budućnosti može očekivati, čini realnom opasnost od daljeg neodrživog odnosa prema prirodi. Da bi se ove opasnosti prevazišle, neophodna je odgovarajuća legislativa kojom se ekonomski i ekološki efekti primjene obnovljivih izvor a energije sinhronizuju, uz istovremeno povećanje energetske efikasnosti, u cilju održivog odnosa prema spoljašnjoj sredini i racionalnog korištenja resursa. Korištenje kinetičke ili potencijalne energije vode za dobijanje mehaničke vrlo je stari način pretvorbe energije koji seže u daleku prošlost (vodenice). Pretvorba u električnu energiju takoĎer je vrlo stara i primjenjivala se još u samom začetku proizvodnje električne energije. Prednosti korištenja hidroenergije u elektranama na rijekama su poznate: nema potrošnje kisika, emisije CO2 i drugih polutanata, niska je proizvodna cijena električne energije. Nepovoljni faktori su: ovisnost o hidrološkoj situaciji, pokrivanje velikih površina (kod hidroakumulacionih), veoma velika cijena izgradnje, odnosno v elika početna ulaganja (viša nego za elektrane na ugljen ili nuklearne). Tome treba dodati moguće nesreće - lomove brana te promjene u okolišu vezane uz promjenu razine vode. Procjenjuje se da će do 2020. godišnja potrošnja električne energije u svijetu iznostiti 22 000 TWh. Dio te potrošnje u budućnosti će pokriti i hidroelektrane, koje su od svih obnovljivih izvora energije najrazvijenije i koji trenutno čine uvjerljivo najčešći udio u proizvodnji iz svih obnovljivih izvora energije. U svijetu je tren utačno instalirano oko 15 TW elektrana , a velika većina energije se proizvodi iz nafte, ugljena i prirodnog plina. Hidroelektrane (velike i male) imaju instaliranih oko 950 GW

snage, što je puno više od bilo kojeg drugog obnovljivog izvora energije. Ukupni tehnički potencijal energije vode iznosi oko 14 370 TWh/godišnje, od čega je ekonomski

danas isplativo oko 8 000 TWh/godišnje, a izgraĎena je otprilike trećina potencijala. Hidroelektrane kao takve još uvjek imaju svijetlu budućnost u svijetu ali i kod nas, pri čemu treba obratiti posebnu pažnju na uslove zaštite okoliša (pogotovo kod izgradnje velikih brana gdje nastaje problem preraspodjele stanovništva čija naselja budu potopljenja – primjer Tri klanca).

33


Popis slika: Slika. 1.1. Prikaz iskorištenosti snage vode po kontinentima Slika. 1.2. Kriva vodnih količina Slika. 1.3. Kriva trajanja vodnih količina Slika. 1.4. Ovisnost trajanja vodnih količina, pada i snage Slika. 4.5. Shema Hidroelektrane Slika. 1.1. Akumulacijska hidroelektrana Slika. 1.2. Protočna hidroelektrana Slika. 1.3. Reverzibilna hidroelektrana Slika. 1.4. Hidroelektrana na valove Slika. 1.5. Hidroelektrana na morske mijene Slika. 1.6. Kaplanova (propelerna) turbina Slika. 1.7. Francisova turbina Slika. 1.8. Peltonova turbina Slika. 1.9. HE Tri klanca Kina Slika. 1.10. HE Itaipu Slika. 1.11. Hooverova brana Slika. 1.12. Generator HE Slika. 2.1. Zastupljenost pojedinih energenata u energetskim potrebama BiH Slika. 2.2. Vodotok rijeke Bosne u mjestu Vranduk Slika. 2.3. Mjesto izgradnje HE Janjići Slika. 2.4. Planirano mjesto izgradnje HE Una Kostela Aneks

34


Popis tabela: Tabela.1.1. Podaci Tabela. 2.1.

o iskoristivim vodenim snagama

Specifična brzohodnost turbine

Tabela. 3.1. Pregled

tehnički iskoristivog hidroenergetskog potencijala u Federaciji BiH (na temelju prikupljenih podataka o planiranim energetskim objektima) Tabela. 3.2.

35

Pregled tehnički iskoristivog hidroenergetskog potencijala Republike Srpske

Obnovljivi

Recommend Documents