KrejciMAHE

Priručnik

Instrument pretpristupne pomoći Obnovljivi izvori energije

Marko Krejči Instrument pretpristupne pomoći (eng. Instrument for Pre-Accession Assistance – IPA) pretpristupni je program za razdoblje od 2007. do 2013. godine koji zamjenjuje dosadašnje programe CARDS, Phare, ISPA i SAPARD.

Male hidroelektrane

Osnovni ciljevi ovog programa su pomoć u izgradnji institucija i vladavine prava, ljudskih prava, uključujući i temeljna prava, prava manjina, jednakost spolova i nediskriminaciju, administrativne i ekonomske reforme, ekonomski i društveni razvoj, pomirenje i rekonstrukciju te regionalnu i prekograničnu suradnju. IPA Komponenta IV Razvoj ljudskih potencijala doprinosi jačanju gospodarske i socijalne kohezije, te prioritetima Europske strategije zapošljavanja u području zapošljavanja, obrazovanja, stručnog osposobljavanja i socijalnog uključivanja. Europsku uniju čini 27 zemalja članica koje su odlučile postupno povezivati svoja znanja, resurse i sudbine. Zajednički su, tijekom razdoblja proširenja u trajanju od 50 godina, izgradile zonu stabilnosti, demokracije i održivog razvoja, zadržavajući pritom kulturalnu raznolikost, toleranciju i osobne slobode. Europska unija posvećena je dijeljenju svojih postignuća i svojih vrijednosti sa zemljama i narodima izvan svojih granica.

Europska komisija izvršno je tijelo EU.

Više o projektu na www.ipa-oie.com

Ovaj projekt financira Europska unija

Ova publikacija izrađena je uz pomoć Europske unije. Za sadržaj ove publikacije odgovorna je Srednja škola Oroslavje i ne odražava stavove Europske unije.

IPA Komponenta IV – Razvoj ljudskih potencijala Program Europske unije za Hrvatsku Instrument pretpristupne pomoći – Obnovljivi izvori energije

Project financed by the European Union IMPLEMENTATION OF NEW CURRICULA: Increasing knowledge and information on Renewables Projekt je financiran sredstvima Europske unije IMPLEMENTACIJA NOVIH KURIKULUMA: Povećanje znanja i informacija o obnovljivim izvorima energije Provedbeno tijelo: Agencija za strukovno obrazovanje i obrazovanje odraslih, Odjel DEFCO Nositelj projekta: Srednja škola Oroslavje Partneri na projektu: Tehnička škola Ruđera Boškovića u Zagrebu Grad Oroslavje Stručni suradnici: Darko Cobović, dipl. ing. Goran Nuskern, dipl. ing. Andrija Huić, dipl. ing Zoran Kauzlarić, ing.

Autor: Marko Krejči, MSc, dipl. ing., MBA Saxum d.o.o. – Društvo za posredovanje i tehničko savjetovanje Izdavač: Tehnička škola Ruđera Boškovića u Zagrebu Srednja škola Oroslavje Tehnički urednik: Mario Lesar, graf. ing. Dizajn i promocija: Culmena d.o.o. Web adresa: www.ipa-oie.com

Sadržaj 1. UVOD

...........................................................................................

Povijesni razvoj hidroelektrana 2. FIZIKALNE OSNOVE

.................................................................

7

........................................................................

7

Iskorištavanje energije vode Gubitci

3

.....................................................................

7

...........................................................................................

8

Ukupna efikasnost sustava

......................................................................

3. ODREĈIVANJE HIDROPOTENCIJALA Odreÿivanje raspoloživog pada Odreÿivanje protoka

9

..................................................

9

.................................................................

9

............................................................................

Mjerenje protoka ustavom i preljevom

........................................................

Odreÿivanje protoka mjerenjem brzina strujanja Mjerenje protoka preko razrjeÿenja

10 12

..............................................

12

............................................................

12

Odabir protoka turbine i izraþun oþekivane godišnje proizvodnje

............................

13

Utjecaj protoka na promjenu raspoloživog pada

..............................................

14

Primjer izraþuna proizvodnje elektriþne energije

..............................................

15

.................................................

16

....................................................................

16

.........................................................................

17

4. SUSTAVI MALIH HIDROELEKTRANA Klasifikacija hidroelektrana Tipovi i podjela turbina

Sustavi malih hidroelektrana Graÿevinske strukture

...................................................................

21

......................................................................

22

Hidromehaniþka oprema

...................................................................

23

Elektrostrojarska oprema

...................................................................

23

...........................................................................

23

Pomoüna oprema

Planiranje male hidroelektrane

.................................................................

23

...................................................................

23

Utjecaj na okoliš

............................................................................

24

Socijalni aspekti

............................................................................

25

Planiranje MHe projekta

5. PRORAýUNI SUSTAVA S EKONOMSKOM ANALIZOM

............................

25

...........................................................................

25

.............................................................................

26

Investicijski troškovi Operativni troškovi

Ekonomska analiza isplativosti

................................................................

26

.........................................................................

28

...........................................................................

28

Nesigurnosti planiranja 6. ZAVRŠNE RIJEýI

Marko Krejči: Male hidroelektrane [Priručnik]

1. Uvod Korištenje hidroenergije veü dugo je poznato civilizaciji; od mlinova za žito, preko pogona raznih strojeva, poput pilana, sve do prvih elektrana za proizvodnju elektriþne energije. Prve elektrane za proizvodnju elektriþne energije bile su upravo hidroelektrane. Kao i ostali obnovljivi izvori energije, hidroelektrane indirektno koriste energiju sunca: Sunce svojom toplinom zagrijava more (i ostale vodene površine na zemlji) koje isparava vodenu paru u atmosferu. Time sunce posredno "podiže" vodu. U atmosferi se ta voda kondenzira i u obliku kiše ili snijega pada natrag na zemlju, te se rijeþnim tokovima vraüa natrag u more, odnosno ponovno "spušta". Energiju vode u padu odnosno "spuštanju", moguüe je iskoristiti za dobivanje korisnog rada. Ciklus vode u prirodi prikazan je na slici 1.

Slika 1. Ciklus vode u prirodi

Iako je sva hidroenergija u osnovi obnovljiva, velike hidroelektrane (one instalirane snage veüe od 10 MW1) ne ulaze u nacionalne bilance obnovljivih izvora energije, te se proizvodnja elektriþne energije u velikim hidroelektranama, veüim od 10MW, ne potiþe subvencijama. Jedan razlog je svakako taj što velike hidroelektrane mogu i na komercijalnoj osnovi proizvoditi elektriþnu energiju, a drugi je što velike hidroelektrane, posebno one s velikim akumulacijama, imaju odreÿen negativan utjecaj na okoliš. Pri izgradnji velikih akumulacija, osim velikog utroška materijala za izgradnju akumulacije, negativno se utjeþe na okoliš potapanjem veüih površina þesto obradivog tla, te ostalim negativnim posljedicama koje velike akumulacije mogu imati na prirodu, 1

Administrativno utvrÿena granica. Nije jednaka u svim zemljama.

3

4

Implementacija novih kurikuluma: Povećanje znanja i informacija o obnovljivim izvorima energije

poput mijenjanja mikroklime u blizini akumulacije, raseljavanja stanovništva, mijenjanja tokova podzemnih voda, utjecaja na floru i faunu, i sl. Hidroelektrane su danas najzastupljeniji izvor obnovljive energije u svijetu, a prvom hidroelektranom smatra se Schoelkopf br.1 pokraj slapova Niagare, koja je poþela s proizvodnjom 1881. godine.2 Iskorištavanje hidroenergije za proizvodnju elektriþne energije u malim hidroelektranama ima sljedeüe karakteristike: obnovljivi izvor energije visok stupanj iskoristivosti visoka gustoüa energije (osim u sluþaju vrlo malih padova) uglavnom je voda raspoloživa tijekom cijele godine provjerena tehnologija i dug vijek trajanja postrojenja, uz niske troškove pogona i održavanja primjenjiva rješenja vrlo su ovisna o posebnostima lokacije ograniþen broj prikladnih lokacija (vodotoci) odreÿeni vodotoci izuzetno variraju tijekom godine. U svijetu je trenutno instalirano 777 GWe hidroelektrana koje godišnje isporuþuju cca 3000 TWh elektriþne energije3. To predstavlja cca 20 % svjetske proizvodnje elektriþne energije te 88 % proizvodnje elektriþne energije iz obnovljivih izvora energije (ne uzimajuüi u obzir ograniþenje na instaliranu snagu elektrane za definiciju obnovljivosti). Zanimljivosti Zemlje, najveći proizvođači električne energije iz hidroelektrana: Zemlja

Godišnja proizvodnja iz hidroelektrana (TWh)

Instalirana snaga (GW) 196,79

% udio u ukupnoj instaliranoj snazi

Kina

652,05

22,25

Kanada

369,5

88,974

61,12

Brazil

363,8

69,080

85,56

SAD

250,6

79,511

5,74

Rusija

167,0

45,000

17,64

Norveška

140,5

27,528

98,25

Indija

115,6

33,600

15,80

Venecuela

86,8

67,17

Japan

69,2

27,229

7,21

Švedska

65,5

16,209

44,34

U Europi se proizvodnja elektriþne energije iz obnovljivih izvora potiþe veü dulji niz godina subvencioniranjem prodajne cijene elektriþne energije ili kroz potpore tijekom investiranja, porezne olakšice i sl. Rezultat je velik broj izgraÿenih objekata, i u nekim zemljama gotovo u potpunosti iskorišten prirodni hidropotencijal, kako je prikazano u tablici 1. i tablici 2. 2

Valja naglasiti i da je jedna od prvih hidroelektrana na svijetu i hrvatska HE Jaruga, sakraÿena na rijeci Krki, ispod slapa Skradinskog buka, koja je poþela s proizvodnjom 1895. HE Jaruga je dalekovodom od 11,5 km snabdijevala grad Šibenik izmjeniþnom elektriþnom energijom. 3 Prema podacima EIA za 2006.godinu.

5


Tablica 1: Broj i instalirana snaga izgraÿenih MHe u Europi (2005) Država MW GWh EU zemlje 1.863 35.833 Austrija 848 4.246 Belgija 95 385 Danska 11 30 Finska 320 1.280 Francuska 1.977 7.100 Njemačka 1.502 6.253 Grčka 48 160 Irska 32 120 Italija 2.209 8.320 Luksemburg 39 195 Nizozemska 30 60 Portugal 280 1.100 Španjolska 1.548 5.390 Švedska 1.050 4.600 Vel. Britanija 160 840 Ne –EU zemlje 2.468 10.556 Hrvatska 30 120 Češka 250 677 Norveška 941 4.305 Poljska 127 705 Rumunjska 44 176 Slovačka 31 175 Slovenija 77 270 Turska 757 3.300 6 drugih ne-EU 138 500

Broj 13.359 1.110 39 38 225 1.700 5.625 17 44 1.668 29 7 60 1.056 1.615 126 4.104 13 1.136 547 472 9 180 413 1.109 67

Tablica 2: Preostali potencijal za izgradnju MHe u Europi (2005) Ekonomski isplativ Proizvodnja iz HE Država potencijal (GWh/god) (GWh/god) 15 EU zemalja od kojih: 390.000 320.000 Austria 50.000 38.000 Francuska 72.000 70.000 Njemačka 25.000 25.000 Italija 55.000 52.000 Španjolska 40.000 35.000 Švedska 85.000 68.000 Odabrane ne-EU zemlje: 480.000 250.000 Norveška 180.000 120.000 Rumunjska 30.000 16.000 Švicarska 36.000 34.000 Turska 120.000 40.000

MW/elektrani 0,76 0,76 2,44 0,29 1,42 1,16 0,27 2,82 0,72 1,32 1,34 4,28 4,67 1,47 0,65 1,26 0,62 0,23 0,22 1,72 2,69 4,89 0,17 0,19 0,68 2,06

Faktor iskorištavanja (%) 82 76 97 100 95 88 80 52 67 53 94 33

U Hrvatskoj je instalirano ukupno 20 velikih hidroelektrana, ukupne instalirane snage cca 2333 MW, te 18 malih hidroelektrana (ukljuþujuüi tri hidroelektrane biološkog minimuma), ukupne snage cca 34 MW. Godišnja proizvodnja elektriþne energije iz hidroelektrana u Hrvatskoj va-

6


rira izmeÿu 4000 i 7000 GWh, što prvenstveno ovisi o hidrološkim uvjetima od godine do godine. Na slici 2. prikazane su HEP-ove hidroelektrane.

Slika 2. Hidro i termoelektrane u vlasništvu HEP-a

Osim HEP-ovih malih hidroelektrana u društvenom vlasništvu, u Hrvatskoj je u pogonu još nekoliko malih hidroelektrana u privatnom vlasništvu. U tablici 3. su prikazani osnovni podaci o postojeüim malim hidroelektranama u Hrvatskoj. Tablica 3: Instalirane male hidroelektrane u Hrvatskoj (2008) instalirana snaga, MW Naziv na generatoru ukupno MHE Zeleni Vir 2 × 0,85 1,7 MHE Jaruga 2 × 2,8 5,6 MHE Ozalj I 2 × 1 + 2 × 0,8 3,6 MHE Ozalj II 2 × 1,1 2,2 MHE Zavrelje 1,5 1,5 MHe Golubić 6,54 MHE Krčić 0,44 0,44 CHE Fužine 4,6 CHE Lepenica 0,8 MHE Pamučna indus. Duga Resa (*) 0,53 + 0,25 + 0,32 1,1 MHE Tvornica cementa 2 × 0,6 1,2 '10 Kolovoz' (*) MHE Čabranka I (*) 4 × 0,315 1,26 MHE Čabranka II (*) 0,03 0,03 MHE Roški slap (*) 2 × 0,886 1,772 PHEBM Varaždin 0,585 0,585 PHEBM Čakovec 1,1 1,1 PHEBM Dubrava 1,12 1,12 Mhe Mataković 1 0,02 Mhe Mataković 2 0,02 Ukupno 33,987

godina puštanja u pogon 1922. 1904. 1908. 1952. 1953.

Vlasnik/Status

1937.

HEP HEP HEP HEP HEP HEP HEP HEP HEP PI Duga Resa

1913.

Nije u pogonu

1995. 1997. 1907. 1975. 1982. 1989.

Finvest Finvest Hidrowatt HEP HEP HEP Mataković Mataković

1988.

7


Uz navedene postojeüe, u Hrvatskoj je, prema evidenciji Ministarstva gospodarstva, trenutno u razliþitim fazama razvoja još preko 80 projekata ukupne predviÿene snage gotovo 200 MW. Hrvatska nacionalna energetska strategija do 2020. god. predviÿa da üe biti u pogonu 100 MW malih hidroelektrana. Time üe se, izmeÿu ostalog, omoguüiti dostizanje prihvaüenih EU ciljeva za proizvodnjom energije iz obnovljivih izvora, smanjiti ovisnost i potrošnja (uvoznih) fosilnih goriva i smanjiti emisija ugljiþnog dioksida. Povijesni razvoj hidroelektrana Energija vodenog toka bila je jedna od prvih koje je þovjek koristio kako bi nadomjestio potrebu za vlastitim i radom domaüih životinja. Za poþetak korištenja energije vodenih tokova uzima se pojava sustava za navodnjavanje, a prvi vodeni stroj vjerojatno je bilo vodeniþno kolo sa žlicama za zahvaüanje vode, kojim se voda iz vodenog toka podizala u spremnik iz kojega je poþinjao sustav kanala za navodnjavanje. Na slici 3. prikazan je izgled prvih vodenica. Nadalje su se poþeli koristiti vodeniþni mlinovi za brašno (otprilike 100-200 godina p.n.e. na Bliskom istoku), kako je shematski prikazano na slici 4.

Slika 3. Izgled prvih vodenica

Slika 4. Shematski prikaz ranih mlinova na vodenu energiju

Kroz povijest tehnologija vodeniþkog kola se razvijala, te je, osim podizanja vode i mljevenja brašna i kukuruza, doživjela niz razliþitih primjena u rudarstvu, obradi željeza, proizvodnji papira, obradi drveta, te tekstilnoj industriji. Vodena energija je bila glavni izvor mehaniþke energije osim rada ljudi i životinja.

2. Fizikalne osnove Iskorištavanje energije vode Sunce, grijuüi vodene površine (oceani, mora, jezera, i rijeke), uzrokuje isparavanje vodene pare, a jedan mali dio te vodene pare, koji kao kiša padne na povišeno tlo, odnosno planine i brda, u sebi sadrži potencijalnu energiju (kao i svaka druga masa koja se nalazi u povišenom položaju). Ta je potencijalna energije vode izražena formulom: Epot = m ⋅ g ⋅ h

gdje je m – masa vode, kg

8


g – gravitacijsko ubrzanje (9,81 m/s2) h – visina na koju je dignuta masa, m Zanimljivosti Ukoliko uzmemo u obzir da je godišnja precipitacija (padaline) nad ukupnim kopnom na planetu na razini 1017 kg, te da je srednja nadmorska visina kopna približno 800m (te uz približan g = 10 m/s2), tada je teoretska gornja granica hidroenergije cca 8 × 1020 J, odnosno nešto preko 200 000 TWh. Ukupna svjetska godišnja potrošnja primarne energije je cca 100 000 TWh. Stvarni teoretski hidropotencijal svjetskih vodotokova procijenjen je na "tek" 50 000 TWh, a ako uzmemo samo u obzir tehnička ograničenja dolazimo do daljnjeg smanjenja, te ukupni iskoristivi tehnički potencijal vodotokova u svijetu procjenjujemo na 10 000-20 000 TWh.

Snaga koju ima neki vodni tok u padu ovisi o protoku (kg/s). Imajuüi na umu gustoüu vode od ȡ=1000 kg/m3, snaga vodenog toka može se izraziti i volumnim protokom Q (m3/s):

P = Q ⋅ ρ ⋅ g ⋅ h, W P = Q·1000·9,81·h,

W

odnosno, izraženo u kW P = 9,81 Q·h,

kW

U svakom realnom iskorištavanju vodene energije postojat üe gubici. To üe biti gubici zbog vrtloženja vodenog toka, zbog trenja prilikom protoka kroz cijevi, te ostali gubici u strojevima i sustavima hidroelektrane. Uzimajuüi u obzir gubitke, odnosno koeficijent efikasnosti pretvorbe ukupne raspoložive energije vode u elektriþnu energiju Ș, raspoloživa snaga vodenog toka je: P = 9,81·Ș Q·h,

kW

Gubici Gubici u sustavu male hidroelektrane su sljedeüi: gubici strujanja u cijevima, kanalima, koljenima, promjenama promjera cijevi, ventilima, rešetkama, zatvaraþima (ovi gubici se þesto izražavaju i kroz odnos bruto i neto raspoloživog pada odnosno efektivnog smanjenja raspoloživog pada zbog gubitaka strujanja) gubici pretvorbe i prijenosa energije, gubici u turbini, generatoru, transformatoru i dalekovodu. Osim navedenih, pri procjeni moguüe snage i proizvodnje elektriþne energije treba raþunati i sa: gubitcima vode zbog isparavanja (u sluþaju postojanja akumulacije) odreÿena koliþina raspoloživog vodotoka neüe biti preraÿena u turbini zbog neraspoloživosti objekta, biološkog minimuma protoka, zbog dimenzioniranja turbine… Gubici strujanja u ravnim cijevima opisani su Darcy-Weisbachovom formulom: 2 § L ·§ v · hf = f ¨ ¸¨ ¸ © D ¹ © 2g ¹

gdje su: f – bezdimenzijski faktor trenja L – duljina cijevi, m D – promjer cijevi, m v – brzina strujanja, m/s g – gravitacijsko ubrzanje, 9,81 m/s2

9


Iz formule je vidljivo da su gubici proporcionalni s duljinom cijevi i kvadratom brzine strujanja, dok su obrnuto proporcionalni promjeru cijevi. Faktor trenja f se za laminarno strujanje može direktno izraþunati, dok se za turbulentno strujanje izraþunava ili oþitava s Moodyeva dijagrama. Ukupna efikasnost sustava Uzimajuüi u obzir gubitke, orijentaciono se može uzeti ukupna efikasnost sustava MHe (od vode do struje) nešto preko 80 %. U sluþaju vrlo malih, tzv. mikroelektrana, ukupna efikasnost sustava je nešto manja, cca 70 %.

3. Određivanje hidropotencijala Sukladno prethodno navedenim formulama za izraþun hidropotencijala, dva su kljuþna parametra koje je potrebno procijeniti za odreÿivanje hidropotencijala neke lokacije. To su: a) raspoloživi pad b) raspoloživi protok Određivanje raspoloživog pada Ovisno o fazi ispitivanja lokacije, te ukupnom padu, raspoloživi pad se može odrediti: Na topografskoj karti (brojeüi izohipse) – metoda prikladna za preliminarnu procjenu pada lokacije s veüim padom Prijenosnim mjeraþima nadmorske visine (gps i barometarski) – takoÿer prikladno za lokacije s veüim i srednjim padom, te za potrebe preliminarne procjene (slika 5) S crijevom i tlakomjerom na donjem kraju (mjereüi hidrostatski tlak vode) – prikladno za srednje padove i relativno malu duljinu crijeva S vertikalnom mjerkom (priruþnom varijantom geodetskog nivelira, nivelmanske letve i libele) – za manje padove i precizno odreÿivanje raspoloživog pada Geodetskim metodama (nivelir, nivelmanska letva i libela) – za precizno odreÿivanje raspoloživog pada i za sve raspone padova (slika 6.).

Slika 5. Ruþni gps/barometarski mjeraþ nadmorske visine

Slika 6. Geodetska oprema (nivelir i nivelmanska letva)

Pri odreÿivanju raspoloživog pada, kod projekata s malim raspoloživim padom, treba uzeti u obzir i þinjenicu da üe se promjenom protoka vodotoka brzina dizanja gornje i donje vode (nivo vode prije postrojenja, nivo vode nakon postrojenja) razlikovati, odnosno da neüe biti isti raspoloživi pad kod svih protoka vodotoka.

10


Ovo se dogaÿa stoga što nivo gornje vode održava ustava, odnosno brana, i u periodu malih protoka. U razdoblju velikih protoka üe se nivo gornje vode tek neznatno dignuti, dok üe se nivo donje vode znaþajnije dizati. Tako üe najþešüe u periodu velikih protoka doüi do efektivnog smanjenja raspoloživog pada. Određivanje protoka Pri procjeni protoka vodenog toka koji se razmatra za lokaciju MHe valja imati na umu nekoliko važnih þinjenica: protok vodotokova najþešüe priliþno varira tijekom godine protok vodotokova varira od godine do godine Na slici 7 prikazani su izmjereni srednji dnevni protoci na jednom profilu vodotoka u nekoliko godina.

1. god Qsr=11,13 m3/s

2. god Qsr=5,05 m3/s



Slika 7. Izmjereni dnevni srednji protoci tijekom godine na odabranom profilu vodotoka

Ukoliko se uzme niz od npr. 10 godina te se uzmu prosjeþni dnevni protoci izmjereni u tih deset godina, dobije se prikaz prosjeþnih dnevnih protoka, kao na slici 8.

God 1.-10. Qsr= 7,85

Slika 8. Prosjeþni dnevni protoci u razdoblju od deset godina

Iz navedenih primjera vidljive su varijacije protoka od dana do dana, kao i varijacije protoka na godišnjoj razini (srednji godišnji protoci od godine do godine). Zbog toga je za ispravno odreÿivanje oþekivanog prosjeþnog raspoloživog protoka potrebno raspolagati s višegodišnjim podacima. Što je niz podataka dulji, to je i procjena raspoloživog protoka preciznija. Ovisno o veliþini planirane elektrane, preporuþljivo je analizirati niz od 10 do þak 30 godina hidroloških podataka.


Kako bi se prosjeþni dnevni protoci, prikazani na slici 8. prilagodili za daljnju analizu raspoloživog hidropotencijala, potrebno ih je prilagoditi u tzv. krivulju trajanja protoka, odnosno krivulju koja govori koliko üe dugo tijekom godine protok biti na raspolaganju. Krivulja trajanja protoka izvedena iz podataka prikazanih na slici 8. prikazana je na slici 9.

Slika 9. Krivulja trajanja protoka

Pri analiziranju raspoloživog hidropotencijala, od krivulje ukupnog hidropotencijala (kako je prikazano na slici 9.) može biti potrebno oduzeti odreÿeni konstantan protok za potrebe održavanja biološkog minimuma vodotoka te ostale protoke koji nisu na raspolaganju za korištenje u maloj hidroelektrani (navodnjavanje, pitka voda, itd.). Tako se može dobiti korigirana krivulja trajanja raspoloživog protoka, kao na slici 10.

Slika 10. Krivulja trajanja raspoloživog protoka, i krivulja trajanja ukupnog protoka

Podaci o raspoloživom protoku mogu se dobiti direktnim mjerenjem na samoj lokaciji ili razliþitim posrednim metodama. U Hrvatskoj Državni hidrometeorološki zavod provodi višegodišnja mjerenja vodostaja i protoka na veüim vodotocima. Ti podaci su dostupni. Ukoliko je planirana mala hidroelektrana na jednom od vodotokova na kojima se provodi mjerenje, tada je podatke DHMZ-a samo potrebno korigirati za razliku u protoku izmeÿu lokacije mjerne stanice DHMZ-a i lokacije planiranog objekta. Oþekivani protok može se posredno odrediti usporeÿivanjem lokacije s poznatim protokom slivnih podruþja ili pak korištenjem podataka o padalinama (takoÿer prati DHMZ) i daljnjim modeliranjima tokova vode u prirodi (padaline, nakupljanje i topljenje snijega, isparavanje i transpiracija, prikupljanje vode u podzemlju, procjeÿivanje vode u vodotokove, nakupljanje vode u jezerima, prilagodba vodotokova…).

11

12


Mjerenje protoka ustavom i preljevom Za manje protoke (cca 50-1000 l/s) najpreciznija i najjednostavnija metoda je mjerenje pomoüu ustave i preljeva. Na vodotoku je potrebno izgraditi ustavu i mali preljev, kako je skicirano na slici 11.

Slika 11. Mjerenje protoka ustavom i preljevom

Protok vodotoka izraþunava se direktno iz oþitane visine vodnog stupca h pomoüu formule:

Q = 2 3 ⋅ Cd 2 g ⋅ ( L − 0,2h ) ⋅ h1,5 , a ukoliko se tipiþno pretpostavi Cd=0,6, tada formula postaje: Q = 1,8 ⋅ ( L − 0, 2h ) ⋅ h1,5

Određivanje protoka mjerenjem brzine strujanja Ova je metoda prikladna za velike i srednje protoke. Kao i kod ostalih metoda, potrebno je mjeriti u duljem vremenskom razdoblju. Potrebno je mjeriti na ravnom dijelu korita, bez sužavanja ili proširivanja korita te u podruþju bez vrtloga, te je potrebno odrediti profil korita na lokaciji gdje se vrši mjerenje. Za mjerenje se koriste mjeraþi brzine strujanja (obiþno mali propeleri uronjivi u vodu preko kojih se odreÿuje brzina strujanja), a mjeri se brzina strujanja na više mjesta na jednom profilu. Na slici 12. prikazana su dva primjera moguüih mjerenja brzina u profilu korita.

Slika 12. Pozicije za mjerenje brzine strujanja u koritu

Preko tako izmjerenih brzina strujanja moguüe je približno izraþunati ukupni protok kroz odabrani profil korita. Mjerenje protoka preko razrjeđenja Ova je metoda prikladna za planinske, turbulentne tokove. Metoda se provodi tako da se u vodotok ispušta odreÿena kemijska supstanca. Dovoljno nizvodno (da se omoguüi potpuno miješanje) uzorkuje se voda te se odreÿuje koncentracija supstance. Preko razrjeÿenja se posredno može izraþunati protok. Osim kompliciranog mjerenja koncentracije, nizvodno je moguüe mjeriti elektriþnu vodljivost (u tom sluþaju se uzvodno u vodotok ispušta otopina soli), te preko elektriþne vodljivosti posredno izraþunati protok.


Odabir protoka turbine i izračun očekivane godišnje proizvodnje Odabir nazivnog protoka turbine je proces povezan s izraþunom prosjeþne godišnje proizvodnje energije te se provodi u nekoliko koraka. Osnova za izraþun je krivulja trajanja protoka i podatak o raspoloživom padu. Prvo se na temelju krivulje trajanja protoka iskustveno odabire neki protok turbine (npr. na protoku s trajanjem 20 % vremena) – primjer na slici 13.

Slika 13. Odabir nazivnog protoka turbine

Odabirom protoka, npr. kao na slici, buduüa hidroelektrana üe preraÿivati protok (uokvireno zelenom bojom), dok üe se protok, veüi od nazivnog, propuštati bez prerade u turbini. Temeljem odabranog protoka i raspoloživog pada odabire se turbina, te se uz pomoü podataka o efikasnosti turbine (i generatora) u razliþitim radnim toþkama (podaci se mogu dobiti od proizvoÿaþa turbine) može izraþunati oþekivana proizvodnja energije. Na temelju odabranog protoka turbine može se izvršiti i dimenzioniranje ostale glavne opreme elektrane te temeljem toga doüi do procjene troškova za izgradnje hidroelektrane. Odabirom veüeg nazivnog protoka turbine Q2 mogli bi preraditi tek nešto više vode (razlika uokvirena crveno) a time i proizvesti više elektriþne energije u odnosu na odabrani protok Q1 (preraÿena voda uokvirena zelenim), ali bi i investicijski troškovi u elektranu znaþajno porasli jer je Q2 cca 50 % veüi od Q1 (veüa turbina, generator i ostala hidromehaniþka i elektrostrojarska oprema), kako je prikazano na slici 14. Konaþni odabir nazivnog protoka turbine rezultat je pronalaženja optimalne toþke investicijskih troškova i posljediþne proizvodnje energije.

Slika 14. Usporedba moguüe proizvodnje s obzirom na odabrani nazivni protok turbine

U tu svrhu potrebno je izloženi proces ponoviti sa još nekoliko odabranih nazivnih protoka turbine, odnosno izraþunati oþekivanu proizvodnju i procijeniti investicione troškove za još neko-

13

14


liko protoka te konaþno odabrati onaj sa optimalnim odnosom investicionih troškova i oþekivane godišnje proizvodnje. Sliþan proces optimiranja se provodi i kod dimenzioniranja ostale opreme MHe kao što je npr. promjer cjevovoda ili kanala. Naime poveüanjem promjera cjevovoda (uli protoka turbine) smanjuju se gubici strujanja i poveüava se ukupna proizvodnja a time i prihodi. Sa druge strane se i poveüavaju investicijski troškovi. Nakon nekog vremena, tj. daljnjim poveüanjem promjera cjevovoda (ili nazivnog protoka turbine), investicioni troškovi se toliko poveüavaju da potpuno anuliraju i premašuju pozitivan uþinak poveüane proizvodnje zbog gubitaka u cjevovodu (odnosno iskorištenju veüih voda kod veüe turbine). Optimiranjem se pronalazi ona dimenzija cjevovoda (ili turbine) koja daje najbolji odnos izmeÿu ova dva opreþna zahtjeva (poveüanja prihoda i smanjenja investicije). Shematski je to prikazano na slici 15.

Slika 15. Pronalaženje optimuma dimenzioniranjem opreme MHe

Utjecaj protoka na promjenu raspoloživog pada Kod hidroelektrana s malim raspoloživim padom može se primijetiti utjecaj promjene protoka na promjenu raspoloživog pada. Efekt se javlja zbog toga što se pri promjeni protoka vodotoka kote donje i gornje vode mijenjaju razliþitim brzinama.

Slika 16. Promjene raspoloživog pada, protoka kroz turbinu i snage turbine, s promjenom protoka

Najþešüa je pojava da se poveüanjem protoka raspoloživi neto pad smanjuje, odnosno kota donje vode raste brže nego kota gornje vode. To je naroþito izraženo u podruþju kada protok vodotoka premaši nazivni protok turbine (Qd). Tada dolazi do prelijevanja ustave, odnosno višak vode se propušta mimo turbine. Zbog toga se znaþajnije poveüava kota donje vode, s obzirom na poveüa-

15


nje kote gornje vode, te se smanjuje raspoloživi pad H1 (u odnosu na nazivni pad Hd). Smanjenjem raspoloživog pada, smanjuje se i protok kroz turbinu Q1. Ovisnost promjene protoka o promjeni raspoloživog pada prikazana je formulom:

Q1 = Qd

H1 Hd

Primjer izračuna proizvodnje električne energije Sljedeüi primjer temelji se na prethodno opisanom procesu odabira protoka turbine i izraþuna oþekivane godišnje proizvodnje. 1. Temeljem krivulje trajanja protoka odabire se protok turbine (u primjeru na 50 % oþekivanog trajanja protoka). 2. Sa krivulje trajanja protoka se u koracima od npr. 10 % (36 dana) oþitavaju vrijednosti protoka. 3. Oþitanim vrijednostima protoka pridružuju se vrijednosti raspoloživih padova (ukoliko je varijacija raspoloživog pada s protokom znaþajna). 4. Oþitanim protocima pridružuju se od proizvoÿaþa turbine dobiveni podaci o protoku kroz turbinu za raspoložive padove, te podaci o efikasnosti turbine (i generatora). 5. Temeljem gore navedenih podataka za svaku toþku protoka izraþunava se snaga elektrane po formuli Pi=Și · Qi · Hi · g. 6. Uzimajuüi u obzir širinu odabranog vremenskog intervala ¨T (str. 14) za svaku odabranu toþku izraþunava se proizvedena elektriþna energija po formuli: Ei=¨Ti · Pi. Ukupna oþekivana proizvodnja elektriþne energije dobije se zbrajanjem svih pojedinaþnih energija E=Ei. Ukupna energija može se iskazati i kao: E(kWh)=Qi · Hi · hi · Ștu · Șg · Șpr · Ștr · g. (hi-trajanje pojedinog vremenskog intervala, Ștu, Șg · Șpr · Ștr - koeficijenti iskoristivosti turbine, generatora, prijenosnog mehanizma, trasnformatora) Rezultati izraþuna prikazani su u tablici 4. Tablica 4: Izraþun oþekivane godišnje proizvodnje iz MHe Protok Nazivni Nazivni Raspoloživi Protok kroz Eta HE Snaga ΔT E vodotoka raspoloživi protok pad tubinu pad 3 m /s m m3/s m m3/s kW % GWh Odabrani S krivulje Izmjereno Odabrano Izmjereno/ Podatak Podatak Izračunato Širina Izračunato vrem. protoka izračunato/ proizvođača Proizvođača odabranog interval procijenjeno intervala 10% 70 6,45 46 4,5 38,42 0,83 1408 20%

60,67

6,45

46

4,95

40,3

0,83

1624

10%

1262

30%

53,78

6,45

46

5,4

42,09

0,83

1851

10%

1446

40%

49,33

6,45

46

6,1

44,73

0,84

2249

10%

1706

50%

46

6,45

46

6,45

46

0,84

2445

10%

1953

60%

43,52

6,45

46

6,55

43,52

0,84

2349

10%

1995

70%

40,78

6,45

46

6,6

40,78

0,84

2218

10%

1900

80%

37,97

6,45

46

6,62

37,97

0,84

2071

10%

1785

85%

36,33

6,45

46

6,63

36,33

0,84

1985

5%

844

90%

34,7

6,45

46

6,64

34,7

0,84

1887

5%

806

95%

32,7

6,45

46

6,65

32,7

0,83

1771

5%

761

100%

26,3

6,45

46

6,66

26,3

0,82

1409

5%

Ukupno

662 15120

16


Grafiþki podaci iz tablice prikazani su kako slijedi:

Slika 17. Grafiþki prikaz podataka i rezultata izraþuna iz tablice 5

4. Sustavi malih hidroelektrana Klasifikacija hidroelektrana Prema padu Prema raspoloživom padu vode, elektrane se mogu podijeliti na: one s velikim padom: od 100 metara i više, sa srednjim padom: od 30 do 100 metara, sa malim padom: ispod 30 metara. Prema naþinu korištenja vode protoþne: snaga vode se koristi kako ona dotjeþe akumulacijske: voda se prikuplja u akumulaciji te se koristi kada je potrebno reverzibilne: dio vode koji nije potreban se viškom struje pumpa u gornju akumulaciju (u vrijeme kada je potrebna dodatna proizvodnja elektriþne energije, ta se voda ponovo ispušta i preraÿuje u turbini).


Prema položaju strojarnice u odnosu na branu pribranske: strojarnica je smještena neposredno uz branu derivacijske: strojarnica je smještena dalje od brane Prema turbini koja se koristi Jednako kao kod klasiþnih (velikih) hidroelektrana, turbine u osnovi dijelimo na: pretlaþne ili reakcijske te turbine slobodnog mlaza ili akcijske Kod reakcijskih turbina tlak vode pada prolaskom kroz turbinu, te se potencijalna energija (tlak) u statoru i u rotoru transformira u kinetiþku. Zakretanje rotora, odnosno radnog kola uzrokuje promjena koliþine gibanja i reaktivne sile (razlika tlaka, Coriolisova sila i dr.). Osnovni tipovi reakcijskih turbina su: Francisova Kaplanova propelerna (Kaplanova s fiksnim rotorskim lopaticama) Deriazova Kod akcijskih turbina nema pada tlaka prolaskom vode kroz turbinu, jer se sva potencijalna energija (tlak) u statoru transformira u kinetiþku. Sila koja zakreüe rotor je rezultat iskljuþivo promjene koliþine gibanja zbog skretanja mlaza u radnom kolu. Standardni tipovi turbina slobodnog mlaza su: Peltonova Turgo (varijanta Peltonove) Banki-Michellova Tipovi i podjela turbina Primjena pojedinog tipa turbine odabire se tako da se postigne najveüa efikasnost, odnosno najveüe iskorištenje raspoloživog protoka i pada, uz najmanje investicijske troškove. Odabir tako ovisi o oþekivanim hidrološkim prilikama, a najviše o raspoloživom padu vode i oþekivanom protoku. Podruþje primjene pojedinih tipova turbina kod malih hidroelektrana, ilustrirano je na slici 18.

Slika 18. Podruþje primjene pojedinih tipova turbina kod malih hidroelektrana

17

18


Peltonova turbina je primjenjiva za velike padove i male protoke, dok je Kaplanova turbina primjenjiva za male padove i veüe protoke. Francisova i Banki-Michellova turbina primjenjive su za srednji raspon protoka i padova. Francisova turbina je zbog širokog podruþja primjene najraširenija. Osovina može biti i horizontalna i vertikalna. Voda iz tlaþnog cjevovoda se privodi spiralnim cjevovodom po obodu na zakretne statorske lopatice. Statorskim lopaticama se voda usmjerava unutra, na radno kolo, odnosno na rotorske lopatice. Nakon izlaska iz rotora voda ulazi u difuzor. Spiralni cjevovod je þesto izveden tako da mu se smanjuje presjek, jer kroz njega teþe sve manje vode (usmjerava se na rotor). Statorske lopatice služe za regulaciju protoka i da se postigne strujanje sa što manje gubitaka i nastrujavanje na rotorske lopatice pod optimalnim kutom. Nastrujavanjem na rotorske lopatice tok vode se zakreüe i ta reakcijska sila zakreüe rotor. Ukoliko je raspoloživ protok manji od nazivnog, tada se statorske lopatice zakreüu tako da kroz njih prolazi manje vode. Kako je brzina rotora konstantna (zbog konstantne frekvencije generatora i mreže), a brzina nastrujavanja vode iz statora se smanjuje smanjenjem protoka, tako se i kut nastrujavanja na rotor mijenja. Kako kod Francisove turbine nije moguüe promijeniti kut zakreta rotorskih lopatica, efikasnost Francisove turbine pada pri protocima manjim od nominalnih. Na slikama 19. do 21. prikazana je Francisova turbina.

Slika 19. Spiralni cjevovod, Francisova turbina i Difuzor

Slika 20. Presjek kroz Francisovu turbinu

Slika 21. Mala Francisova turbina s generatorom


Francisove turbine nisu prikladne za jako velike protoke uz male padove jer drastiþno rastu dimenzije turbine, niti za velike padove jer brzina radnog kola postaje prevelika. Zato se primjenjuju druga dva vrlo zastupljena tipa turbina. Kaplanova turbina ima aksijalni protok vode kroz turbinu, tako da je raspoloživa površina maksimizirana (u odnosu na radijalno nastrujavanje kod Francis turbina). Time je Kaplanova turbina prikladna za velike protoke vode. Kod kaplanovih turbina je takoÿer jednostavno izvesti mehanizam za zakretanje rotorskih lopatica, þime se omoguüava bolje nastrujavanje pri razliþitim režimima rada, odnosno optereüenjima turbine, te se sukladno tome postiže bolja iskoristivost pri razliþitim optereüenima turbine. Uz regulaciju rotorskih lopatica, kod Kaplanovih turbina se (kao i kod Francisovih) može regulirati i zakret statorskih lopatica. S obzirom na vrstu regulacije koja se primjenjuje, Kaplanove turbine mogu biti dvostruko regulirane (statorske i rotorske lopatice), jednostruko regulirane (samo rotorske) ili neregulirane (propelerne). Kaplanove turbine prikazane su na slikama 22. i 23.

Slika 22. Presjek kroz elektranu s Kaplanovom turbinom

Slika 23. Neke od izvedbi Kaplanove turbine

19

20


Za visoke padove najprikladnije su Peltonove turbine. Peltonova turbina je u osnovi kolo s nizom dvostrukih "žlica" postavljenih po obodu. Na te "žlice" nastrujava jedan (ili nekoliko) mlazova vode iz mlaznica. U mlaznicama se dogaÿa pretvorba tlaka u kinetiþku energiju, a pri prolasku preko zakrivljenih žlica, voda predaje svoju kinetiþku energiju radnom kolu i tom akcijskom silom pokreüe radno kolo. Za razliku od Francisove i Kaplanove, Peltonova turbina nije u cijelosti potopljena u vodu, veü radi u zraku. Snaga se regulira varijacijom protoka kroz mlaznice. Peltonove turbine prikazane su na slikama 24., 25. i 26.

Slika 24. Shema peltonove turbine s generatorom

Slika 25. Detalj radnog kola Peltonove turbine

Slika 26. Detalj mlaznice Peltonove turbine

Posebna varijanta Peltonove turbine je Turgo turbina. Njena specifiþnost u odnosu na opisanu Peltonovu turbinu je to što su mlaznice postavljene pod kutom u odnosu na os radnog kola. Time se omoguüavaju veüi protoci vode kroz turbinu. Turgo turbine prikazane su na slici 27.


Slika 27. Shema Turgo turbine i detalj nastrujavanja vode na lopatice

Usporedba iskoristivosti pojedinih tipova turbina pri razliþitim optereüenjima (odnos protoka i nazivnog protoka, Q i Q0) prikazana je na slici 28.

Slika 28. Iskoristivost razliþitih tipova turbina ovisno o optereüenju

Sustavi malih hidroelektrana Shema tipiþne male hidroelektrane prikazana je na slici 29.

Slika 29. Shema tipiþne male hidroelektrane

21

22


Kako je prikazano na slici 29. vodotok se usporava i diže se nivo vode ustavom. Podizanjem nivoa vode ustavom dobija se ukupni raspoloživi pad h. Privodnim kanalom se zahvaüeni dio vode, tj protok Q, dovodi do strojarnice s turbinom. Višak vode se prelijeva preko ustave. Nakon prolaska kroz turbinu i difuzor, voda se odvodnim kanalom vraüa natrag u vodotok. Osim prikazanog, ovisno o konfiguraciji terena te odabranom tehniþkom rješenju MHe, sustav male hidroelektrane u tipiþnim izvedbama izgleda kao na slici 30.

Kanal i tlaþni cjevovod

Tlaþni cjevovod

Kanalska

Pribranska

Slika 30. Tipiþne izvedbe malih hidroelektrana.

Uz turbinu s generatorom, koji predstavljaju "srce" hidroelektrane ostali sustavi/elementi malih hidroelektrana su: graÿevinske strukture hidromehaniþka oprema elektrostrojarska oprema pomoüna oprema Graÿevinske strukture Tipiþne graÿevinske strukture koje susreüemo kod malih hidroelektrana su: brana – služi za kreiranje akumulacije i podizanje nivoa vode ustava – služi za usporavanje vode, podizanje nivoa vode te lakše izvoÿenje vodozahvata, vodozahvat – struktura kojom se zahvaüa voda iz vodotoka i odvodi prema turbini (kroz kanal ili cjevovod) kanal – služi za dovod vode do cjevovoda ili strojarnice preljev – izvodi se na brani ili ustavi a omoguüava optimalno prelijevanje viška vode preko brane/ustave strojarnica – u njoj je smještena glavna oprema HE: turbina, generator, upravljanje i sl. odvodni kanal – služi za odvoÿenju vodenog toka od strojarnice natrag do korita rijeke, strukture za skretanje rijeke tijekom izgradnje – nasipi i ostale strukture kojima se omoguüava izgradnja na suhom


Hidromehaniþka oprema Hidromehaniþka oprema omoguüava optimalno privoÿenje vode k turbini i odvoÿenje vode od turbine. U hidromehaniþku opremu ubrajamo: cjevovod – dovodi vodu do strojarnice, omoguüava podizanje tlaka vode rešetke s þistaþima – spreþava da krupne i sitne neþistoüe doÿu do turbine. ýistaþi služe za održavanje maksimalne prohodnosti rešetki, odnosno sprjeþavaju taloženje (gomilanje) neþistoüa na rešetkama zatvaraþi i ventili – zatvaraju i otvaraju dovod vode do turbine, i omoguüavaju npr. remont turbine na suhom difuzor – posebno oblikovana "cijev" nakon turbine (šireüe površine presjeka), služi maksimiranju iskoristivosti turbine. Dizajn difuzora je takav da se minimiziraju gubitci; odnosno da se voda na izlasku iz turbine maksimalno uspori, kako ne bi sa sobom odnijela kinetiþku energiju. Kako se cijev difuzora širi, tako se tok vode u njemu usporava. Elektrostrojarska oprema generator – sinkroni ili asinkroni. Pojavljuju se sustavi gdje turbina ima varijabilnu brzinu vrtnje (zbog regulacije), te se putem AC-DC-AC konverzije takva turbina spaja na sinkroni generator. prijenosna kutija – može biti smještena izmeÿu turbine i generatora upravljanje – služi za puštanje u pogon i izlazak iz pogona, sinkronizaciju s mrežom, održavanje nivoa gornje vode, održavanje ili promjenu snage ili protoka. Na novijim elektranama se upravljanje þesto izvodi kao daljinsko i automatsko. rasklopište – služi za povezivanje s mrežom ili drugim potrošaþima (prekidaþi, transformator, zaštita) Pomoüna oprema transformator vlastite potrošnje DC napajanje – za upravljanje i nadzor mjerenje nivoa gornje i donje vode vatrodojava, tehniþka zaštita elektroinstalacije – osvjetljenje, kabeli, utiþnice gromobranska zaštita hidrauliþki sustav za upravljanje ventilima i ostalom hidromehaniþkom opremom sustav komprimiranog zraka sustav rashladne vode drenažni sustav grijanje, hlaÿenje, ventilacija dizelski agregat dizalice – obiþno mosna dizalica, za montažu i servis glavne opreme – turbina, generator, transformator. Planiranje male hidroelektrane Planiranje MHe projekta Prvi korak kod planiranja MHe je detektiranje i odabir prikladne lokacije. Po prirodi stvari to üe biti lokacija uz neki vodotok (uz rijeke i potoke, to može biti i sustav navodnjavanja ili kakav drugi vodoprivredni sustav). Pri odabiru prikladne lokacije valja imati na umu sljedeüe kljuþne elemente: karakteristike protoka vodotoka raspoloživ pad dostupnost vode za energetsko iskorištavanje (navodnjavanje, ribolovno podruþje, rafting i sl.)

23

24


moguünost

smještanja postrojenja MHe mehanizacije za izgradnju i dopremanje opreme prihvatljivost izgradnje s aspekta ekologije, zaštite kulturne baštine, lokalne zajednice moguünost prikljuþenja na mrežu i/ili lokalne potrošaþe vlasništvo nad zemljištem za smještaj postrojenja pristup

Ukoliko lokacija preliminarnom procjenom zadovoljava gore navedene kriterije, potrebno je: pokrenuti ispitivanja hidropotencijala napraviti analizu moguüe proizvodnje elektriþne energije te približno odrediti nazivni protok turbine i dimenzionirati glavnu opremu elektrane procijeniti troškove izgradnje (i po potrebi korigirati nazivni protok turbine) napraviti preliminarnu analizu isplativosti i izvedivosti investicije ispitati propisanu administrativnu proceduru, i zapoþeti s pribavljanjem potrebne dokumentacije rješavati imovinska i pravna pitanja vezana za zemljište odreÿeno za izgradnju paralelno izraditi tehniþku dokumentaciju, uspostaviti kontakte s proizvoÿaþima opreme po ishoÿenju potrebne dokumentacije zapoþeti izgradnju naþelna shema administrativne procedure za MHe u hrvatskoj je prikazana na slici 31. Važan element za izradu analize isplativosti je predviÿanje prihoda buduüe male HE (u sluþaju da se ona prikljuþuje na javnu elektroenergetsku mrežu u statusu povlaštenog proizvoÿaþa elektriþne energije). Status povlaštenog proizvoÿaþa elektriþne energije stjeþe se zadovoljavanjem propisane administrativne procedure. Taj status jamþi proizvoÿaþu da üe 12 godina po puštanju u komercijalni pogon imati zajamþen otkup sve proizvedene elektriþne energije po povlaštenim cijenama, odreÿenim posebnim tarifnim sustavom. Više o propisanoj administrativnoj proceduri za stjecanje statusa povlaštenog proizvoÿaþa elektriþne energije može se doznati na sljedeüim web stranicama: HROTE – Hrvatski operator tržišta energije: www.hrote.hr HERA – Hrvatska energetska regulatorna agencija: www.hera.hr MINGORP – Ministarstvo gospodarstva, rada i poduzetnišva: www.mingorp.hr Najznaþajniji zakonski i podzakonski akti vezani uz obnovljive izvore energije su (NN – Narodne novine): Zakon o energiji (NN 68/01 i izmjene NN 177/04) Zakon o tržištu elektriþne energije (NN 177/04, izmjene 76/07, 152/08) Uredba o naknadama za poticanje proizvodnje elektriþne energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije (NN 33/07, izmjene NN 08/11) Uredba o minimalnom udjelu elektriþne energije proizvedene iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije þija se proizvodnja potiþe (NN 33/07) Tarifni sustav za proizvodnju elektriþne energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije (NN 33/07) Pravilnik o korištenju obnovljivih izvora energije i kogeneracije (NN 67/07) Pravilnik o stjecanju statusa povlaštenog proizvoÿaþa elektriþne energije (NN 67/07). Utjecaj na okoliš Pri planiranju, izgradnji, i eksploataciji MHe potrebno je primjenjivati mjere zaštite okoliša, odnosno nastojati da efekt izgradnje bude minimalno štetan za okoliš. Utjecaj na okoliš ovisi o karakteristikama lokacije, projektu i odabranoj tehnologiji, a projekti integrirani u tok rijeke imaju manji utjecaj na okoliš nego planinski vodozahvat i odvajanje veüine vodotoka u cjevovod.


Iz tog razloga se za pogon turbina ne koristi sva raspoloživa voda veü se jedan dio ostavlja da teþe prirodnim koritom rijeke (npr. protok 95 % vjerojatnosti – prema krivulji trajanja protoka) kako korito ne bi presušilo i kako bi se oþuvala flora i fauna. Nadalje, u sluþaju postojanja brane obiþno se izvodi riblja staza, odnosno sustav kaskada, stuba kojima se omoguüava da ribe prijeÿu visinsku razliku izmeÿu donje i gornje vode. Moguüi utjecaji na prirodu tijekom izgradnje objekta su: poveüan promet na prilaznim prometnicama (buka, emisije, nezgode) zahvati na vodotoku tijekom izgradnje – skretanje vodotoka, nasipavanje, iskopi, itd. ozljede na radu Moguüi utjecaji na prirodu tijekom eksploatacije objekta su: promjena režima toka (utjecaj na floru i faunu) buka vizualni izgled postrojenja efekti podizanja brane (potapanje zemljišta, voda postaje stajaüa, stvaranje umjetnog jezera, a ukoliko je veliko jezero onda i mijenjanje lokalne mikroklime – vlaga, magla i sl.) dalekovod. Socijalni aspekti Izgradnja i eksploatacija MHe osim na prirodu takoÿer utjeþe i na lokalnu zajednicu na sljedeüe naþine: stvaranje novih radnih mjesta izgradnja infrastrukture dodatni prihodi lokalne zajednice od razliþitih pristojbi poveüanje kvalitete elektriþne energije moguüi gubitak lokacije za rafting/ribolov, kupanje

5. Proračuni sustava s ekonomskom analizom Investicijski troškovi Investicijski troškovi elektrane priliþno ovise o specifiþnostima lokacije i odabranoj tehnologiji. Specifiþni investicijski trošak tako može biti i ispod 1500 €/kW za instalirano postrojenje (npr. za MHe s malim protocima i velikim padovima – Pelton), pa do preko 3500 €/kW za postrojenja s vrlo malim padovima i velikim protocima, te znaþajnim graÿevinskim zahvatima. Procjena investicijskih troškova radi se stoga za svaki koncept odnosno projekt individualno, a temelji se na: iskustvenoj procjeni preliminarnom idejnom rješenju ponudama temeljem troškovnika opreme i radova Iskustveno je moguüe ustanoviti da specifiþni investicijski trošak: pada s instaliranom snagom pada s poveüanjem raspoloživog pada Naþelno je taj odnos prikazan na slici 31. Razlog takvom smanjenju investicijskih troškova je u tome što se poveüanjem pada omoguüava veüa instalirana snaga uz jednak protok, odnosno bez potrebe za poveüanjem dimenzija veüine instalirane opreme. S druge strane poveüanje instaliranog kapaciteta elektrane u naþelu omoguüava niže specifiþne investicijske troškove zbog postizanja ekonomije razmjera, odnosno zbog toga što ne rastu svi elementi troškova linearno s poveüanjem snage (npr. upravljaþki i nadzorni sustav elektrane üe biti u principu isti za širok raspon instalirane snage).

25

26


Slika 31: Pad specifiþnog investicijskog troška s poveüanjem pada lokacije i poveüanjem instaliranog kapaciteta.

Investicijske troškove mogu þiniti: otkup zemljišta graÿevinski radovi hidromehaniþka oprema elektrostrojarska oprema (s dalekovodom i prikljuþkom na mrežu) pomoüna oprema Takoÿer treba raþunati i s ostalim troškovima: dokumentacija (studija predizvodljivosti, izvodljivosti, suo, geološke studije, projektna dokumentacija – idejni, glavni i izvedbeni projekt) dozvole, takse i pristojbe troškovi posjete lokaciji (putni troškovi, angažirano vrijeme) troškovi pravnih i financijskih savjetnika troškovi financiranja tijekom izgradnje (interkalarne kamate, ukoliko se gradi kreditom) troškovi nadzora i voÿenja izgradnje Operativni troškovi Operativni troškovi takoÿer ovise o tipu i veliþini postrojenja. Orijentaciono, mogu se kretati na razini od nekoliko postotaka prihoda od prodaje elektriþne energije do 15 % i više. Operativne (pogonske) troškove MHe mogu þiniti: zakup zemljišta koncesijska naknada naknada za financiranje vodnog gospodarstva komunalni doprinos komunalije: vlastita potrošnja el. energije, kanalizacija, voda, telekomunikacije trošak redovitog i izvanrednog održavanja trošak ljudi/plaüe osiguranje postrojenja pogonska rezerva Ekonomska analiza isplativosti Ekonomsku analizu isplativosti moguüe je provesti ukoliko se ispravno pretpostave svi sadašnji i buduüi prihodi i rashodi. Takoÿer je znaþajno odrediti na koji naþin i pod kojim uvjetima üe se financirati izgradnja male hidroelektrane: vlastitim kapitalom, kreditom banke (na koliko godina, pod kojim uvjetima), iz nekog treüeg izvora ili kombinacijom više izvora financiranja. Prihodi elektrane mogu se odrediti iz procjene godišnje proizvodnje, poznavajuüi tarifni sustav za otkup el. energije iz MHe, te pretpostavivši odreÿenu godišnju inflaciju. Rashodi se odnose na


inicijalnu investiciju, te kasnije operativne i financijske rashode (u sluþaju kredita, otplate kamate i glavnice kredita). Nekoliko je metoda za procjenu isplativosti investicije: Metoda neto sadašnje vrijednosti – uzima sve neto novþane primitke (primici minus izdaci) kroz životni vijek projekta (osim financijskih novþanih tokova) te ih diskontira na neku godinu (uobiþajeno je tekuüu godinu u kojoj se odluþuje o projektu). Koncept diskontiranja bazira se na þinjenici da nam novþani tok koji primimo u buduünosti vrijedi manje nego nominalno jednak novþani tok koji primimo danas. Zbog toga se novþani tokovi iz buduünosti umanjuju (za diskontne stope) kako bi se mogli usporeÿivati s novþanim tokovima danas, npr. samom investicijom. Prema ovoj metodi projekt je prihvatljiv, ukoliko je neto sadašnja vrijednost projekta veüa od nule. Metoda interne stope povrata – ovom se metodom de facto odreÿuje diskontna stopa po kojoj se trebaju diskontirati svi novþani tokovi kako bi neto sadašnja vrijednost projekta bila nula. Tako dobivena stopa povrata se usporeÿuje sa željenom stopom povrata i temeljem toga se odreÿuje prihvatljivost projekta. Metoda perioda povrata – ovom metodom se utvrÿuje koliko üe godina trebati da elektrana operativnim poslovanjem pokrije investicijske troškove. Više o metodama procjene investicija može se pronaüi u struþnoj literaturi ili na internetu. Primjer izraþuna isplativosti MHe Ukoliko uzmemo teoretski primjer elektrane od 100 kW, pretpostavimo da je investicijski trošak 20 000 kn/kW, ukupna investicija je tada: 2 000 000 kn. Pretpostavimo da smo hidrološkom analizom i odabirom turbine došli do oþekivane godišnje proizvodnje od 400 000 kWh (4000 ekvivalentnih sati na punom optereüenju). Uzimajuüi otkupnu tarifu za elektriþnu energiju iz MHe do 1 MW (i uz pretpostavku dovoljnog udjela domaüih komponenti u investiciji), otkupna cijena elektriþne energije je 0,7655 kn/kWh, odnosno godišnje prihode možemo procijeniti na 306 200 kn (400 000 kWh × 0,7655 kn/kWh) Pretpostavimo godišnje operativne izdatke elektrane na razini 15 % prihoda, odnosno u godišnjem iznosu 45930 kn (306 200 × 0,15). Godišnji neto operativni prihodi u tom sluþaju iznose 260 270 kn (306 200 kn – 45 930 kn). Koristeüi metodu perioda povrata dolazimo do zakljuþka da üe opisani projekt vratiti uložena sredstva za 7,7 godina (2 000 000 kn investicije/260 270 kn godišnjih neto operativnih prihoda). Koristeüi metodu neto sadašnje vrijednosti, novþane tokove projekta možemo prikazati kao na slici 32.

Slika 32. Prikaz novþanih tokova za izgradnju i pogon male hidroelektrane

27

28


Diskontirani novþani tokovi su diskontirani sa stopom od 9 % (diskontna stopa uzima u obzir strukturu i cijenu financiranja) te je dobivena neto sadašnja vrijednost projekta 375 887 kn. Drugim rijeþima NSV je veüi od 0, što znaþi da je projekt isplativ. Izraþunavajuüi internu stopu povrata pomoüu Excel-a ili druge sliþne aplikacije dolazimo do rezultata za internu stopu povrata od 11,55 %. Kako je interna stopa povrata veüa od diskontne stope, zakljuþujemo da je projekt ekonomski prihvatljiv. U opisanim kalkulacijama zanemareni su porezni efekti, utjecaj inflacije te utjecaj strukture financiranja. Nesigurnosti planiranja Izloženi izraþuni ekonomske isplativosti bazirani su na nizu pretpostavki. Njihovi rezultati su kvalitetni i vjerodostojni koliko su kvalitetni ulazni (pretpostavljeni)podaci s kojima smo pristupili izraþunu. Valja imati na umu da: troškovi izgradnje u stvarnosti mogu odstupati od procjene zbog promjene cijena, nepredviÿenih radova i okolnosti prihodi, odnosno oþekivana godišnja proizvodnja procijenjeni su za prosjeþnu godinu. Hidrološke prilike od godine do godine znaþajno variraju, a sukladno tome i proizvodnja elektrane od godine do godine. Nekoliko sušnih godina odmah po puštanju elektrane u pogon mogu znaþajno pokvariti investicijsku sliku projekta (zbog vremenske vrijednosti novca) u pogonu se mogu pojaviti neoþekivani troškovi izvanrednog održavanja ostali faktori nesigurnosti

6. Završne riječi Male hidroelektrane koriste se sigurnom i kroz mnogo godina isprobanom i usavršenom tehnologijom. Njihov rad je stoga pouzdan i može se oþekivati dug životni vijek takvih postrojenja bez znaþajnih zahvata osim redovitog održavanja opreme. Pomoüu suvremene opreme za automatizaciju i komunikaciju moguüe je da male hidroelektrane rade bez stalne posade. Primjena malih hidroelektrana ograniþena je povoljnim lokacijama na vodotocima. Planiranje, projektiranje i izgradnja male hidroelektrane predstavlja zahtijevan inženjerski projekt u kojem se isprepleüe više struka (strojarstvo, elektrotehnika, graÿevinarstvo, hidrologija, geologija). Osim za prodaju elektriþne energije u mrežu, male hidroelektrane mogu se graditi kao samostalna postrojenja za opskrbu energijom udaljenih objekata (vikendica, planinarskih domova i sl.).

IPA Komponenta IV – Razvoj ljudskih potencijala Program Europske unije za Hrvatsku Instrument pretpristupne pomoći – Obnovljivi izvori energije

Project financed by the European Union IMPLEMENTATION OF NEW CURRICULA: Increasing knowledge and information on Renewables Projekt je financiran sredstvima Europske unije IMPLEMENTACIJA NOVIH KURIKULUMA: Povećanje znanja i informacija o obnovljivim izvorima energije Provedbeno tijelo: Agencija za strukovno obrazovanje i obrazovanje odraslih, Odjel DEFCO Nositelj projekta: Srednja škola Oroslavje Partneri na projektu: Tehnička škola Ruđera Boškovića u Zagrebu Grad Oroslavje Stručni suradnici: Darko Cobović, dipl. ing. Goran Nuskern, dipl. ing. Andrija Huić, dipl. ing Zoran Kauzlarić, ing.

Autor: Marko Krejči, MSc, dipl. ing., MBA Saxum d.o.o. – Društvo za posredovanje i tehničko savjetovanje Izdavač: Tehnička škola Ruđera Boškovića u Zagrebu Srednja škola Oroslavje Tehnički urednik: Mario Lesar, graf. ing. Dizajn i promocija: Culmena d.o.o. Web adresa: www.ipa-oie.com

Priručnik

Instrument pretpristupne pomoći Obnovljivi izvori energije

Marko Krejči Instrument pretpristupne pomoći (eng. Instrument for Pre-Accession Assistance – IPA) pretpristupni je program za razdoblje od 2007. do 2013. godine koji zamjenjuje dosadašnje programe CARDS, Phare, ISPA i SAPARD.

Male hidroelektrane

Osnovni ciljevi ovog programa su pomoć u izgradnji institucija i vladavine prava, ljudskih prava, uključujući i temeljna prava, prava manjina, jednakost spolova i nediskriminaciju, administrativne i ekonomske reforme, ekonomski i društveni razvoj, pomirenje i rekonstrukciju te regionalnu i prekograničnu suradnju. IPA Komponenta IV Razvoj ljudskih potencijala doprinosi jačanju gospodarske i socijalne kohezije, te prioritetima Europske strategije zapošljavanja u području zapošljavanja, obrazovanja, stručnog osposobljavanja i socijalnog uključivanja. Europsku uniju čini 27 zemalja članica koje su odlučile postupno povezivati svoja znanja, resurse i sudbine. Zajednički su, tijekom razdoblja proširenja u trajanju od 50 godina, izgradile zonu stabilnosti, demokracije i održivog razvoja, zadržavajući pritom kulturalnu raznolikost, toleranciju i osobne slobode. Europska unija posvećena je dijeljenju svojih postignuća i svojih vrijednosti sa zemljama i narodima izvan svojih granica.

Europska komisija izvršno je tijelo EU.

Više o projektu na www.ipa-oie.com

Ovaj projekt financira Europska unija

Ova publikacija izrađena je uz pomoć Europske unije. Za sadržaj ove publikacije odgovorna je Srednja škola Oroslavje i ne odražava stavove Europske unije.

KrejciMAHE

Recommend Documents