VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA U PULI

POLITEHNIČKI STUDIJ

SEMINARSKI RAD

EKOLOGIJA

OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE

Mentor: Red. Prof. Dr. Sc. Julijan DobrinićČlanovi tima: Denis Brgić

Dalen bojićToni Batel

Martin GlavašVoditelj: Domagoj Maričak

1

SADRŽAJ

1) Uvod 3

2) Vjetroenergija 4

2.1) Nastanak vjetra i principi iskorištavanja 6

2.2) Atlas raspoloživosti vjetra 7

3) Sunčeva energija 9

4) Energija iz bioloških tvari 14

4.1) Energija drva 14

4.2) BIO plin 15

4.3) BIO goriva 16

5) Geotermalna energija 18

5.1) Općenito 18

5.2) Prednosti i nedostaci eksploatacije 18

5.3) Potencijal i korištenje 19

5.4) Geotermalna energija u svrhu proizvodnje električne energije 20

5.5) Eksploatacija diljem svijeta 21

5.6) Geotermalna energija u hrvatskoj 22

6) Energija mora 23

6.1) Morske mijene 23

6.2) Energija valova 25

6.3) Konverzija termalne energije mora 25

6.4) Plime i oseke u Hrvatskoj 28

6.5) Zanimljivosti 28

7) Hidroenergija 29

7.1) Općenito 29

7.2) Male hidroelektrane 30

7.3) Ekološki utjecaji 32

7.4) Velike hidroelektrane 33

7.5) Reverzibilne hidroelektrane 34

8) Kogeneracija energije 35

9) Zaključak 37

10) Literatura 38

2

1) UVOD

U današnjem svijetu je vodeći problem ekološka stabilnost. Globalno zatopljenje polako ostavlja osjetne tragove u atmosferi. Količina ugljik-dioksida je kritična u nekim gusto naseljenim mjestima gdje je zrak toliko zagađen da, osim ogromnog porasta bolesti vezanih za respiratorni (dišni) sustav, nije dovoljno kvalitetan ni za disanje jer je razina kisika u njemu premala, a opasnih tvari kritično velika. Zagađenje uzrokovano industrijom truje vodu, a pitke je vode sve manje. Pretjerana eksploatacija drva, koje se siječe umjesto da se prerađuje postojeći „otpad“ koji može poslužiti kao biogorivo uzrokuje sve niže samo-obnavljanje kisika prirodnim putem. I zagađenje vode sprječava da alge koje rastu u vodi proizvode kisik (a većina kisika u atmosferu dolazi od morskih algi i trava). Otpad koji se posvuda gomila se jako slabo sanira, reciklaža da se niti ne spominje, dok su određene vrste otpada izuzetno opasne za okoliš kao teški kemijski i radioaktivni otpad.

Čovječanstvo, konačno suočeno sa strahovitim posljedicama općenitog zagađenja, polako počinje koristiti tehnologiju za saniranje otpada i sprječavanje nastanka novog. Vodeći zagađivač na planetu je proizvodnja energije, većinom električne. Postrojenja termoelektrana izbacuju milijune tona štetnih plinova kao ugljik-dioksida, monoksida godišnje. Ne samo da takvi energetski sustavi imaju malu učinkovitost i jako zagađuju, nego je resursa kao nafte, plina, čak i ugljena sve manje, te takva energija postaje sve skuplja.

Rješenje tog problema nude obnovljivi izvori energije. Obnovljiva energija je dobivena iz prirodnih procesa koji se konstantno obnavljaju. U svojim različitim oblicima, dobiva se direktno iz sunca ili iz topline stvarane duboko u Zemlji. To još uključuje električnu struju i toplinu dobivenu iz izvora poput sunčeve svjetlosti, vjetra, oceana, hidroenergije, biomase i geotermalne energije te biogoriva i hidrogena dobivenog iz obnovljivih izvora. Takvi izvori energije ne podrazumijevaju eksploataciju koja trajno uništi resurse, i pri njenom korištenju gotovo nema zagađenja.

U ovom seminarskom radu ćemo predstaviti nekoliko vrsta obnovljivih izvora energije, te neke osnovne načine eksploatacije.

3

2) VJETROENERGIJA

Vjetar se kao izvor energije upotrebljava već stoljećima. U Aleksandriji i Grčkoj postojali su mlinovi s pogonom na vjetar još 2000. godine pr. n. e. Od 8. stoljeća vjetar se upotrebljava za pogon mlinova i za navodnjavanje u sjeverozapadnoj Europi. Moderno korištenje energije vjetra za dobivanje električne energije ozbiljnije započelo tek u kasnim sedamdesetima i u osamdesetima. Od onda je industrija iskorištavanja energije vjetra imala stalan rast kroz dvadesetak godina, a trenutno ovaj segment obnovljivih izvora energije ima rast od oko 20-30% godišnje na svjetskoj razini. Stručnjaci predviđaju još snažniji rast sektora u godinama koje dolaze, osobito ako se uzmu u obzir velike investicije koje su u toku ili tek započinju. Ovaj rast rezultat je činjenice da je energija vjetra najekonomičniji obnovljivi izvor energije nakon hidro energije, a ta ekonomičnost rezultat je intenzivnih istraživanja koja su unaprijedila postupak i smanjila cijenu električne energije dobivene iz vjetra. U osamdesetim godinama prošlog stoljeća cijena proizvedene električne energije bila je deset puta viša nego danas, tj. bila je oko 40 centi po kilovat satu u usporedbi s današnjih 4-6 centa po kilovat satu. Ovo reduciranje cijene proizvedene energije dalo je energiji vjetra sasvim novu dimenziju i učinilo je ekonomski prihvatljivim izvorom energije i što je možda još i važnije - konkurentnom tradicionalnim fosilnim gorivima. Ova ekonomska konkurentnost trebala bi biti dokaz da se obnovljivi izvori energije mogu natjecati s fosilnim gorivima u pogledu ekonomičnost, samo su potrebna dodatna istraživanja i primjerena financijska podrška.

Vjetar je prirodni izvor energije koji će uvijek biti raspoloživ.

Upotreba energije vjetra smanjuje potrebu za uvoženjem struje iz drugih zemalja što pojačava lokalnu ekonomiju. Kao i voda i drvo, energija vjetra je prirodni resurs koji se koristi u ruralnim područjima. Struja proizvedena iz energije vjetra nema kao nusprodukt nikakvih onečišćavanja okoliša. U usporedbi s naftom i prirodnim plinom, nema opasnosti po ljudske živote ili okoliš. Nije potrebno voditi ratove da bi se osigurao pristup energiji vjetra i nema opasnosti koje nastaju u transportu energenta s jednog mjesta na drugo.

Dvije trećine energije vjetra dostupno je tijekom zimskih mjeseci. Zato se vjetroelektrane savršeno nadopunjuju s hidroelektranama koje su manje produktivne zimi i vrhunce proizvodnje dosežu u ljeto. Tehnologa iskorištavanja energije vjetra je dostupna, sigurna i neprekidno napreduje, troškovi su znatno smanjeni i javno mišljenje ima izrazito pozitivan stav prema obnovljivim izvorima energije. Energija vjetra nije samo obnovljivi izvor energije već i stvara radna mjesta u građevinskoj i proizvodnoj industriji.

Iskorištavanje energije vjetra je najbrže rastući segment proizvodnje energije iz obnovljivih izvora. U zadnjih nekoliko godina turbine na vjetar znatno su poboljšane. Najbolji primjer je njemačko tržište turbina na kojemu se prosječna snaga od 470 kW 1995. godine povećala na 1280 kW 2001. godine. Ovo povećanje snage postiglo se odgovarajućim

4

povećavanjem veličine turbina gonjenih vjetrom. Trenutno su u razvoju turbine koje će moći generirati snagu između 3 i 5 MW. Neki proizvođači već su predstavili svoje prototipove u tom razredu snage (njemačka tvrtka Enercon trebala bi proizvesti turbinu snage 4.5 MW)

Zbog početne ekonomske neisplativosti i nestalnosti vjetra, instalacija vjetrenjača je privilegija koju si mogu priuštiti samo bogate zemlje. Trenutno je cijena vjetrenjače veća od cijene termoelektrane po MW instalirane snage (vjetrenjača košta oko 1000 €/kW instalirane snage, a termoelektrana 700 €/kW), ali razvojem tehnologije ta razlika sve je manja. Ukupna potrošnja energije u svijetu procijenjena je na oko 410x1015 (kvadrilijuna Btu) u 2000. godini, što iznosi 1.2x1014 kWh godišnje. Ukupno instalirana snaga vjetroelektrana do konca 2000. godine predviđena je na 17415 MW s prosječnim godišnjim radom elektrana od 2 500 sati, što daje 0.044x109 kWh godišnje raspoložive količine energije. Dakle, udio energije vjetra u ukupnoj potrošnji energije je vrlo mali.

Njemačka je trenutni lider u proizvodnji električne energije iz vjetra sa 8750 MW, a to je više od jedne trećine ukupno instalirane snage vjetrenjača u svijetu. Toliko instaliranih vjetrenjača u Njemačkoj rezultat je politike njemačke vlade koja poticajnim mjerama pomaže instalaciju novih kapaciteta. Zbog toga u 2001. godini ukupno instalirana snaga povećala se za 43.7%. U Španjolskoj, Danskoj i Italiji također raste instalirani kapacitet. Od sveukupne proizvodnje električne energije Danska dobiva 14% od vjetra i dalje ubrzanim tempom gradi nove kapacitete. Namjera Danske je da takvim pristupom do 2030. godine 50% energetskih potreba kućanstava zadovolji iskorištavanjem energije vjetra. U SAD-u je trenutno instalirano 6.374 MW vjetrenjača. Tako mala instalirana snaga u gospodarski najjačoj zemlji svijeta rezultat je tradicionalnog američkog oslanjanja na fosilna goriva. U Hrvatskoj za sad nema većih dosega na tom području. Studije su pokazale da kod nas instaliranje generatora na vjetar ne bi bilo isplativo čak ni na nekim otocima gdje vjetar puše skoro cijelu godinu. Unatoč tome gradi se polje vjetrenjača na otoku Pagu. Naizgled, pozicija je idealna za

5

vjetrenjače jer većina ljudi odmah pomisli na senjsku buru u podvelebitskom kanalu. Ali ta bura koja katkad puše i preko 150 km/h nije dobra za generiranje struje jer takav vjetar može jedino razbiti vjetrenjaču. Povoljan vjetar je onaj koji je umjeren i stalan, a takav je npr. maestral koji puše ljeti s mora prema kopnu.

Na slici je prikazan trenutni trend instaliranja elektrana na vjetar.

2.1) NASTANAK VJETRA I PRINCIPI ISKORIŠTAVANJA

Energija vjetra je transformirani oblik sunčeve energije. Sunce neravnomjerno zagrijava različite dijelove Zemlje i to rezultira različitim tlakovima zraka, a vjetar nastaje zbog težnje za izjednačavanjem tlakova zraka. Postoje dijelovi Zemlje na kojima pušu takozvani stalni (planetarni) vjetrovi i na tim područjima je iskorištavanje energije vjetra najisplativije. Dobre pozicije su obale oceana i pučina mora. Pučina se ističe kao najbolja pozicija zbog stalnosti vjetrova, ali cijene instalacije i transporta energije koče takvu eksploataciju. Kod pretvorbe kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju (okretanje osovine generatora) iskorištava se samo razlika brzine vjetra na ulazu i na izlazu. Albert Betz, njemački fizičar dao je još davne 1919. godine zakon energije vjetra, a koji je publiciran 1926. godine u knjizi “Wind-Energie”. Njime je dan kvalitativni aspekt znanja iz mogućnosti iskorištavanja energije vjetra i turbina na vjetar. Njegov zakon kaže da možemo pretvoriti manje od 16/27 ili 59% kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju pomoću turbine na vjetar. 59% je teoretski maksimum, a u praksi se može pretvoriti između 35% i 45% energije vjetra.

6

Kao dobre strane iskorištavanja energije vjetra ističu se visoka pouzdanost rada postrojenja, nema troškova za gorivo i nema zagađivanja okoline. Loše strane su visoki troškovi izgradnje i promjenjivost brzine vjetra (ne može se garantirati isporučivanje energije). Za domaćinstva vrlo su interesantne male vjetrenjače snage do nekoliko desetaka kW. One se mogu koristiti kao dodatni izvor energije ili kao primarni izvor energije u udaljenim područjima. Kad se koriste kao primarni izvor energije nužno im se dodaju baterije (akumulatori) u koje se energija sprema kad se generira više od potrošnje. Velike vjetrenjače često se instaliraju u park vjetrenjača i preko transformatora spajaju se na električnu mrežu.

2.2) ATLAS RASPOLOŽIVOSTI VJETRA

Europska unija i SAD izradile su atlase svojih resursa vjetra za brzine vjetra na 45 metara iznad površine zemlje. Trenutno za Hrvatsku ne postoji takav atlas jer je mjerenje potrebnih brzina vjetra dugotrajan i skup proces. Iz tih karata može se vidjeti da je jedna četvrtina površine Europske unije idealna za instaliranje vjetrenjača. Danska mjeri svoje potencijale vjetra još od 1979. godine. Rezultat toga je da Danska danas ima najpreciznije informacije o vjetru, a to iskorištava za postavljanje novih vjetrenjača. Sjedinjene Američke Države uložile su golema sredstva u izradu atlasa potencijalne energije vjetra za sva svoja područja. Gotovo 50 % ukupne površine SAD-a izuzetno je povoljno za iskorištavanje energije vjetra. Tu, dakako, dolaze visoki prostori zapadne i jugoistočne obalne fasade, osobito sjeverna područja uz Kanadu, gdje se udio električnih potencijala vjetra kreće od 15% do čak 36%. Taj centralni dio prostora SAD-a odnosi se na goleme površine pod prerijama. Uz geografsko pozicioniranje vjetrenjača, vrlo je bitna i visina tornjeva. Za svakih 10 metara visine tornja cijena se uvećava za 15 000 dolara. Veće turbine davat će više energije, ali zato različiti promjeri zahtijevaju veću visinu tornja, a oni diktiraju veću ili manju snagu turbine.

7

Tako će za snagu turbine od 225 kW rotor imati raspon 27 metara, za 600 kW 43 metra, a za 1500 kW 60 metara. Danas se smatra da potreban minimum mora biti zadovoljen u pogledu rada vjetrenjače, a to je brzina vjetra od 25 km/h ili 6,9 m/s. U novije vrijeme grade se multi-megavatne turbine, poput one koja je koncem 1999. godine montirana u Danskoj: NEG Micon vjetrenjača od 2 MW ima rotor promjera 72 metra i nalazi se na 68 metara visokom tornju.

Statistika iskorištavanja energije vjetra u SAD-u na kraju 2007.

8

3) SUNČEVA ENERGIJA

Sunčeva energija je obnovljiv i neograničen izvor energije od kojeg, izravno ili neizravno, potječe najveći dio drugih izvora energije na Zemlji. Sunčeva energija u užem smislu podrazumijeva količinu energije koja je prenesena Sunčevim zračenjem, a izražava se u J. Sunčeva se energija u svojem izvornom obliku najčešće koristi za pretvorbu u toplinsku energiju za sustave pripreme potrošne tople vode i grijanja (u europskim zemljama uglavnom kao dodatni energent) te u solarnim elektranama, dok se za pretvorbu u električnu energiju koriste foto-naponski sustavi.

Sunčevo zračenje je kratkovalno zračenje koje Zemlja dobiva od Sunca. Izražava se u W/m2, a ovisno o njegovom upadu na plohe na Zemlji može biti:

neposredno: zračenje Sunčevih zraka difuzno zračenje neba: raspršeno zračenje cijelog neba zbog pojava u atmosferi

difuzno zračenje obzorja: dio difuznog zračenja koji zrači obzorje

okosunčevo difuzno (cirkumsolarno) zračenje: difuzno zračenje bliže okolice Sunčevog diska koji se vidi sa Zemlje

odbijeno zračenje: zračenje koje se odbija od okolice i pada na promatranu plohu.

Učinak Sunčevog zračenja iznosi oko 3,8 · 1026 W, od čega Zemlja dobiva 1,7 · 1017 W. Zemlja od Sunca godišnje dobiva oko 4 · 1024 J energije što je nekoliko tisuća puta više nego što iznosi ukupna godišnja potrošnja energije iz svih primarnih izvora. Prosječna jakost Sunčevog zračenja iznosi oko 1367 W/m2 (tzv. solarna konstanta).

Spektar Sunčevog zračenja obuhvaća radio-valove, mikrovalove, infracrveno zračenje, vidljivu svjetlost, ultraljubičasto zračenje, X-zrake i Y-zrake. Najveći dio energije pri tome predstavlja IR zračenje (valne duljine > 760 nm), vidljiva svjetlost (valne duljine 400 - 760 nm) te UV zračenje. U spektru je njihov udio sljedeći: 51% čini IC zračenje, 40% UV zračenje, a 9% vidljiva svjetlost.

Pod pojmom iskorištavanja Sunčeve energije u užem se smislu misli samo na njezino neposredno iskorištavanje, u izvornom obliku, to jest ne kao, primjerice, energija vjetra ili fosilnih goriva. Sunčeva se energija pri tome može iskorištavati aktivno ili pasivno. Aktivna primjena Sunčeve energije podrazumijeva njezinu izravnu pretvorbu u toplinsku ili električnu energiju. Pri tome se toplinska energija od Sunčeve dobiva pomoću solarnih kolektora ili solarnih kuhala, a električna pomoću foto-naponskih (solarnih) ćelija. Pasivna primjena Sunčeve energije znači izravno iskorištavanje dozračene Sunčeve topline odgovarajućom izvedbom građevina (smještajem u prostoru, primjenom odgovarajućih materijala, prikladnim rasporedom prostorija i ostakljenih ploha itd).

9

Vrste solarnih kolektora:

Ravni solarni kolektori

Ravnim TSK mogu se dobiti temperature fluida do 100 °C, jednostavne su konstrukcije i veoma su često u upotrebi. Elementi ovog kolektora su:

1. Cijev obično bakrena kroz koji struji fluid (HF = ulaz hladnog fluida, TF = izlaz zagrijanog fluida) - 2. Kućište (Drvo, metal, plastična masa) 3. Termoizolacija (najčešće mineralna vuna ili PU pjena ) 4. Apsorber - bakrena crno obojena ploča čvrsto vezana sa cijevi (1) 5. Staklena] ploča ( često sa anti-reflektujućim slojem)

Selektivni solarni kolektori

su posebno konstruirani kolektori koji se rade od kroma ili nikla sa specijalnim crnim premazima koji primaju samo svjetlosne zrake određene valne dužine a faktor refleksija mu je približno = 0. Ovi kolektori mogu postići temperature fluida i do 500°C. Najčešće se koriste kod Solarnih elektrana za dobivanje suhe vodene pare.

Koncentrirajući solarni kolektori

Postoje 2 načina. Princip je da se veća površina sunčevih zraka prihvati i usmjeri na male površine prijemnika sa fluidom.

Prvi način ima parabolična ogledala u čijoj se jezgri nalazi staklena cijev (prijemnik-apsorber) sa fluidom.

10

Druga varijanta ima centralni prijemnik (toranj) oko kojeg se nalazi polje pokretnih, automatski upravljanih, ravnih ogledala (heliostata) koji usmjeravaju sunčeve zrake na prijemnik. Prijemnik kod obje varijante je selektivni TSK.

Solarno grijanje

Solarno grijanje je idealno rješenje za uštedu energije. Veliki broj sunčanih dana rezultira velikom učinkovitošću sustava, a prednost sistema u odnosu na druge je u tome što je ekološki najprihvatljivije. Solarni sustavi u prosjeku štede 50% - 60% godišnje potrebe za energijom, a u ljetnom periodu se upravo zbog toga konvencionalni sustav zagrijavanja sanitarne vode može isključiti, a upravo time se uklanja štetna emisija plinova kao nusprodukt sagorijevanja.

11

Princip rada solarnog grijanja

Princip rada solarnog grijanja tj. solarnog zagrijavanja vode vrlo je jednostavan. Solarni kolektori montiraju se na krov kuće, broj solarnih kolektora se proračunom naravno, prije određuje. Zagrijanu vodu u solarnim kolektorima crpka potiskuje kroz cjevovod do kombiniranog spremnika tople vode koji preko svog izmjenjivača zagrijava sanitarnu vodu. Bojleri mogu imati još i električni grijač ili peć kao alternativu za dogrijavanje u periodima kad nema jakog sunca, i naravno da bi to sve besprijekorno funkcioniralo potrebno je imati pripadajuću automatsku regulaciju.

Solarni foto-naponski sustavi

Solarna energija je oduvijek obećavala da će postati idealni izvor energije. Najzad, energija sunca je čista, pouzdana, neiscrpna i … besplatna. Nažalost, je proces prevođenja sunčeve energije u električnu - uvijek je bila skup proces. Do danas.

Proizvođači solarne tehnologije su ispunili sva obećanja sunčeve energije a mi znamo kako to učiniti praktično, ekonomično i funkcionalno. Naši PV sistemi su praktični i za dosta veće potrošače.

Foto-naponski sustavi su rješenje za mnoge korisnike koji moraju osigurati dugoročni izvor električne energije na mjestima dalje od električne mreže. Tisuće foto-naponskih sustava se svake godine instaliraju u ruralnim krajevima, nacionalnim parkovima, otocima.

12

Različite primjene FN sustava obuhvaćaju osvjetljenje, manje aplikacije ( kućanski aparati i sl.), vodene pumpe i komunikacijska oprema.

Način funkcioniranja i komponente solarnog foto-naponskog sustava

Solarni sistemi rade na principu pretvaranja dnevne svijetlosti u električnu energiju. Sunčeve zrake pretvaramo u termičku energiju pomoću solarnih kolektora.

Foto-naponske ćelije se sastoje od dva različito nabijena poluvodiča između kojih, kada su izloženi svijetlu, teče elektricitet. Zatvorimo li strujni krug između solarnog kolektora i nekog potrošača, npr. svjetiljke, struja će poteći i potrošač će biti opskrbljen el. energijom, odnosno naša svjetiljka će zasvijetliti.

Solarni moduli zbog svojih električkih svojstava proizvode istosmjernu struju (istu onakvu koju dobijemo iz džepnih baterija). Komponente kao što su izmjenjivači (charge controllers), baterije i invertori reguliraju, pohranjuju i isporučuju električnu energiju krajnjem potrošaču.

Ovisno o potrebnoj snazi i obima sunčeve energije koriste se jedan ili više modula.

Izmjenjivač (charge controler) povezuje module, bateriju i potrošače te štiti bateriju od prevelikog punjenja ili jakog pražnjenja. Da bismo istosmjernu el. energiju pretvorili u izmjeničnu, potreban nam je inverter. Inverter pretvara istosmjernu električnu energiju u izmjeničnu (220V) kako bi s njom mogli pokretati razne potrošače koji su napravljeni za rad na izmjeničnu el. energiju (220V).

Pretvaranje sunčeve energije u električnu obavljaju Foto-naponski moduli. Sastavljani od solarnih stanica koje su takvog oblika i izrade da su zaštićene od bilo kojeg vremenskog utjecaja. Solarni moduli u našoj ponudi rezultat su više godina neprekidnog istraživanja, razvoja i proizvodnje.

Superiorna kvaliteta omogućuje životni vijek od 20 i više godina pod najtežim uvjetima olujnog vjetra, kiše, morske vode, tuče, snijega i ekstremnih temperatura.

13

4) ENERGIJA IZ BIOLOŠKIH TVARI

4.1) ENERGIJA DRVA

Najčešće se koristi drvna masa koja je nastala kao sporedni proizvod ili otpad te ostaci u drvnoj industriji koji se ne mogu više iskoristiti. Takva se biomasa koristi kao gorivo u postrojenjima za proizvodnju električne i toplinske energije ili se prerađuje u plinovita i tekuća goriva za primjenu u vozilima i kućanstvima.

Osnovne su značajke pri primjeni drvne mase kao energenta jednake kao kod svakog goriva:

kemijski sastav ogrjevna vrijednost (ogrjevnost)

temperatura samozapaljenja

temperatura izgaranja

fizikalna svojstva koja utječu na ogrjevnost (npr. gustoća, mokrina i dr).

Temeljna veličina za proračun energije iz određene količine drva jest njegova ogrjevnost (ogrjevna vrijednost). Najveći utjecaj na nju ima mokrina (vlažnost, udio vlage), potom kemijski sastav, gustoća i zdravost drva. Za naše podneblje i vrste drveća važno je za njegovu ogrjevnost utvrditi ubraja li se ono u meko ili tvrdo drvo, jer je udio pojedinih sastojaka pri tome različit, a različita je i tvar koja se može koristiti kao gorivo. Jedan od problema koji se pojavljuje pri određivanju toplinske energije dobivene iz šumske biomase predstavlja pretvorba prostornih u kubične metre. Na jednom hektaru šume koje je spremno za sječu nalazi se oko 300 prostornih metara drva. No tijekom sječe samo 74 prostorna metra postaju tzv. prostorno drvo koje je podobno za daljnju preradu, a čak 175 prostornih metara, odnosno 58 posto sveg drva je oblovina. Ostatak od 51 prostornog metra je otpad.

U Europskoj Uniji 58% primarne energije dobivene od obnovljivih izvora energije dolazi iz drva. Tu veliki udio ima tradicionalno iskorištavanje potencijala šuma. U Francuskoj se proizvodi najviše primarne energije iz drva. To je u 2000. godini iznosilo 9.8 Mtoe¹ energije dobivene na taj način. Švedska (8.3 Mtoe) i Finska (7.5 Mtoe) također znatno koriste energiju iz drva. Iako toplinska potrošnja (grijanje kuća, grijanje vode) predstavlja glavni dio proizvodnje energije, dio energije drva se pretvara i u električnu energiju. Planirano je da se 2010. godine proizvede 100 Mtoe energije iz drva, a trenutni trend pokazuje da će biti ostvareno 62 Mtoe. Najvažnija je pretvorba u električnu energiju. Prema gotovo svim procjenama potencijala i uloge biomase u globalnoj energetskoj politici u budućnosti, predviđa se njen značajan porast i mnogo važnija uloga. Ekološka prednost biomase u odnosu na fosilna goriva je njena obnovljivost i potrajnost, a opterećenje atmosfere ugljičnim dioksidom je zanemariva.

14

4.2) BIOPLIN

Bioplin je plinovito gorivo koji se dobiva anaerobnom razgradnjom ili fermentacijom organskih tvari, uključujući gnojivo, kanalizacijski mulj, komunalni otpad ili bilo koji drugi biorazgradivi otpad. Sastoji se uglavnom od metana i ugljikovog dioksida.

Bioplin se lako može proizvesti iz trenutnih ostataka kao što su: proizvodnja papira, proizvodnja šećera, fekalija, ostataka životinja i tako dalje. Ovi različiti ostaci trebaju biti pomiješani zajedno i uz prirodnu fermentaciju proizvoditi plin metan. Ovo se može učiniti pretvorbom trenutnih fekalinih postrojenja u bioplinska postrojenja. Kad elektrana bioplina ispusti sav metan koji može, ostaci su katkad pogodniji za gnojivo nego originalna biomasa.

Alternativno, bioplin može se proizvesti uz pomoć naprednog sustava procesuiranja otpada kao što je mehanički biološki tretman. Ovi sustavi obnavljaju reciklirane elemente iz kućanskih otpada i procesuiraju biorazgradivi dio u anaerobni sažeti sadržaj. Obnovljivi prirodni plin je bioplin koji je poboljšan do kvalitete sličnoj prirodnom plinu. Približavajući kvalitetu onoj kvaliteti prirodnog plina, postaje moguće distribuirati plin masovnom tržištu uz pomoć plinomreže.

Od svih obnovljivih izvora energije, najveći se doprinos u bližoj budućnosti očekuje od biomase. Svake godine na zemlji nastaje oko 2.000 milijardi tona suhe biomase. Za hranu se od toga koristi oko 1,2%, za papir 1%, i za gorivo 1%. Ostatak, oko 96% trune ili povećava zalihe obnovljivih izvora energije. Od biomase se mogu proizvoditi obnovljivi izvori energije kao što su bioplin, biodizel, biobenzin, (etanol ) a suha masa se može mljeti u sitne komadiće pelete, koji se mogu spaljivati u automatiziranim pećima za proizvodnju topline i električne energije.

Između 1990. i 2000. godine kontinuirano se povećavao broj elektrana na bioplin. Danas ima oko 3000 elektrana u Europi, a treba im dodati i 450 odlagališta smeća koja valoriziraju bioplin. Ujedinjeno kraljevstvo je vodeći proizvođač korisne energije iz bioplina sa 39% europske proizvodnje. Ta energija dobiva se iz više od 400 postrojenja.

Bioplin se koristi i u

javnom gradskom prijevozu.

15

4.3) BIOGORIVA

Biogoriva su goriva koja se dobivaju preradom biomase. U posljednjih nekoliko godina proizvodnja i potrošnja biogoriva raste i sve više zamjenjuje fosilna goriva. Ekološki su daleko prihvatljivija od fosilnih, ali im je proizvodnja još uvijek skuplja. Najintenzivnija im je proizvodnja u Brazilu, iz šećerne trske, te u SAD-u, iz kukuruza. Glavna biogoriva su bioetanol i biodiesel.

Biljke upotrebljavaju fotosintezu za rast i proizvodnju biomase. Poznata kao biomaterija, biomasa se može direktno upotrebljavati kao gorivo ili za proizvodnju tekućeg biogoriva.

Tekuće biogorivo je inače ili bioalkohol, poput etanolnog goriva, ili bioulje, poput biodizela i čistog biljnog ulja. Biodizel se može upotrijebiti u modernim dizel vozilima s malo ili bez preinaka na motoru te može biti proizvedeno od ostataka ili čistih biljnih ili životinjskih ulja i masti (lipidi). Čisto biljno ulje može se upotrebljavati u modificiranom dizel motoru. Ustvari, dizel motor je izvorno zamišljen s pogonom na biljno ulje, a ne s pogonom na fosilna goriva. Glavna prednost biodizela je malo zračenje (emisija). Uporabom biodizela emisija ugljikovog monoksida i ostalih ugljikovodika smanjena je za 20% do 40%.

U nekim područjima kukuruz, stabljika kukuruza, šećerna repa ili proso posebno su uzgajani za proizvodnju etanola (poznatog kao „zrnati alkohol“ ili „alkohol od zrna“), tekućine koja se može upotrijebiti u motorima s unutarnjim izgaranjem i gorivim ćelijama. Etanol se postepeno upotrebljava u postojećoj energetskoj infrastrukturi. Biobutanol se razvija kao alternativa bioetanolu. Povećava se međunarodno kritiziranje biogoriva proizvedenih iz usjeva hrane zbog poštovanja prema temama kao što su: osiguravanje hrane, utjecaj na okoliš (krčenje šuma) i energetska ravnoteža.

Biogorivo proizvedeno u poljoprivredi, poput biodiezela, etanola ili bioplina (često kao nusprodukt kultivirane šečerne trske), mogu biti sagorena u motorima s unutarnjim izgaranjem ili bojlerima. Uobičajeno je da biogorivo sagorjeva kako bi oslobodilo pohranjenu kemijsku energiju u sebi. Aktivno se radi na istraživanju učinkovitijih načina pretvaranja biogoriva i ostalih goriva u električnu energiju koristeći gorive ćelije. Biogoriva su sastavljena od dva različita sektora: etanol i biodizel goriva. Etanol se koristi kao dodatak za benzinske motore, a biodizel kao dodatak za dizelske motore. Neki motori dopuštaju upotrebu čistog etanola ili biodizela, ali to je ograničeno državnim regulativama. Količina proizvedenog etanola godišnje je porasla sa 47.500 tona 1993. na 191.000 tona 2000. godine. Glavni proizvođač ovog goriva je Francuska sa 91.000 tona proizvedenih 2000. Španjolska je na drugom mjestu sa 80.000 tona. Sljedeća je Švedska sa 20.000 tona.

16

Proizvodnja biodizela povećala se još više. Od 55.000 tona 1992. narasla je na 700.000 tona u 2000. godini. I u ovoj grani Francuska je vodeća sa 47% ili 328.000 tona. Njemačka drži drugo mjesto sa 246.000 tona. U Europskoj uniji još samo tri države proizvode biodizelsko gorivo: Italija (78.000 tona), Austrija (27.600 tona) i Belgija (20.000 tona).

Njeni oblici i izvori sadrže gorivo dobiveno iz drva, biogeni udio iz komunalnog krutog otpada ili neiskorišteni udio ratarskih kultura. Ratarske kulture mogu i ne moraju se uzgajati namjerno kao energetski usjev, a ostatak biljke se upotrebljava kao gorivo. Većina vrsta biomase sadrže energiju. Čak i kravlje gnojivo sadrži dvije trećine izvorne energije koju je krava upotrijebila. Sakupljanje energije pomoću bioreaktora je isplativije rješenje za raspolaganje otpadom s kojim su suočeni mljekari i moguće je proizvesti dovoljno bioplina za pokretanje takve farme.S trenutnom tehnologijom, ono nije idealno prikladno za uporabu kao transportno gorivo. Većina transportnih vozila zahtijeva izvore energije sa visokom gustoćom snage poput onih koji se koriste u motorima s unutarnjim izgaranjem. Ti motori inače zahtijevaju čisto sagorljivo gorivo koje je obično u tekućem obliku i manjih dimenzija, kompresirane plinovite faze. Tekućine su više prenosive zato što imaju visoku energetsku gustoću te mogu biti pumpane što omogućava lakše rukovanje. To je razlog zašto je većina transportnih goriva tekuća.

Netransportna primjena inače može tolerirati gustoću niske snage motora s vanjskim izgaranjem koji se mogu pogoniti direktno sa manje skupim krutim biomasenim gorivima za kombinirano grijanje i pogonjenje. Jedna vrsta biomase je drvo, koje je upotrebljavano tisućljećima u različitim količinama, a u novije doba njegov pronalazak je povećao uporabu. Dvije milijarde ljudi trenutno kuha svaki dan i zagrijava svoje domove za vrijeme zime upotrebljavajući sagorljivu biomasu koja je glavni pridonositelj klimatskim promjenama globalnog zatopljenja uzrokovanog ljudskom rukom. Crna čađa koja se prenosi iz Azije na polarne krajeve uzrokuje njihovo brže topljenje ljeti. U devetnaestom stoljeću, parni motori pogonjeni izgaranjem drva bili su česti, doprinoseći tako zagađenosti zraka u industrijskoj revoluciji. Ugljen je oblik biomase koji se kompresirao tisućljećima za proizvodnju neobnovljivog, visoko zagađujućeg fosilnog goriva.

Drvo i njegovi nusprodukti sada mogu biti pretvoreni kroz procese poput uplinjavanja u biogoriva kao što su plin dobiven iz drva, bioplin, metanolno ili etanolno gorivo; iako daljnje razvijanje može zahtijevati da se te metode učine dostupnima i praktičnima. Ostatak šećerne trstike, otpaci pšenice, kukuruzni klip i druga biljna materija može biti i jest uspješno gorljiva. Čiste emisije ugljikovog dioksida koje su dodane u atmosferu tim procesom dolaze jedino iz fosilnih goriva koja su upotrebljavana za sadnju, gnojenje, sakupljanje i prijevoz biomase.

Proces sakupljanja biomase iz sezonskih jablana i vrba te trajne trave poput divljeg prosa, vodene svijetlice i azijske trstike zahtijevaju manje učestalu kultivizaciju i manje dušika

17

nego tipični godišnji usjevi. Pravljenje kuglica od azijske trstike i njeno spaljivanje se proučava i moglo bi postati ekonomski održivo.

5) GEOTERMALNA ENERGIJA

5.1) OPĆENITO

Izraz geotermalna energija dolazi od grčkog Geo – zemlja i Therme – toplina, dakle toplina zemlje.

To je toplinska energija sadržana u kori zemlje, a nastaje raspadanjem radioaktivnih elemenata u jezgri čija se toplina zatim akumulira blizu površine. Ako dođe do kritičnog pritiska onda eruptira u vulkan, no može se i dogoditi i da jednostavno ostane stabilna u nekom području (ispod zemljine površine) i samom pozicijom radi svoje količine grije sve u okolici, bili to gejziri ili jednostavno tople površine (zato su se mnoga naselja gradila u blizini podnožja vulkana, tlo je bilo toplo i služilo je kao vrsta besplatnog podnog grijanja)

Toplina ispod površine može nastati i određenim kemijskim reakcijama (velikih razmjera), a može nastati i jednostavnim pomicanjem masivnih tektonskih ploča. Količina energije koja se oslobađa pri tim procesima je toliko ogromna da se smatra neiscrpnom i time se geotermalna energija smatra obnovljivim izvorom energije.

5.2) PREDNOSTI I NEDOSTACI EKSPLOATACIJE

Geotermalna energija je vrlo praktičan i pouzdan izvor energije, on ne zagađuje okoliš niti ga mijenja. Tehnička i tehnološka pogodnost je da se geotermalne elektrane grade vrlo jednostavno, da su površinski zanemarive spram drugih elektrana iste snage, te za rad trebaju samo struju za sustav rashlađivanja što same proizvode. Isto tako ne ovisi o nikakvom faktoru, ona je stalna. Kada se jednom nađe pouzdan izvor on je gotovo neiscrpan za razliku od ostalih elektrana obnovljivih izvora energije kao što je solarna elektrana koja ne radi noću niti ako je jako oblačno, vjetroelektrana koja ovisi o intenzitetu vjetra koji je u potpunosti nepredvidiv, te čak i za razliku od hidroelektrane, jer ako dođe do prekida dovoda vode u nju ona vrlo brzo ostaje bez zaliha makar imala i najveće akumulacijsko jezero i time se gasi.

Nažalost ništa nije savršeno pa tako ni ovaj izvor energije. Ekološki je čist, ali se velike muke ulažu u to da vrlo štetni plinovi kao što je vodikov sulfid i slični plinovi koji su pod normalno zatočeni u dubini zemljine kore. Posebice primjer vodikovog sulfida jer je osim što je otrovan i vrlo korozivan pa je jako teško održavati sustave filtriranja i konzervacije netaknutima i funkcionalnima. Nezgodno je i da se ta energije ne može transportirati pa je osim za proizvodnju struje iskoristiva samo za grijanje neposrednih naselja.

Daljnja nepogodnost je što je za eksploataciju geotermalne energije pogodno tlo koje na dubini ima dovoljno rahlo i vruče tlo, što je za bušenje jako nepogodno, a to je problem koji drastično ograničava pristup toj energiji. Praktično se buši na mjestima gdje je bušenje

18

najteže, a s obzirom da je bušenje dugotrajan i vrlo skup proces, a glave za bušotinu redovito se troše i pucaju ujedno je i jako skup proces (jedna glava za bušenje je oko 30.000 dolara). U zadnje vrijeme postoje znanstveni projekti koji pokusima potvrđuju da je moguće bušiti temperaturom i plinom, što bi bušenje učinilo izuzetno ekonomičnim procesom, a ubrzale ga nekoliko puta. Radi se o tome da se na kraju nekog plinskog voda montira sustav koji uz pomoć plina stvara visoku temperaturu i pritisak te time doslovno topi sve što je ispod njega. Projekt je u povojima i testira se, a ako zaživi, geotermalna energija će postati bitno dostupnija i ekonomičnija što je jedna pozitivna stavka. Kao najveća nepogodnost, također se još istražuje, postoje katastrofalne statistike i studije koje tvrde da u područjima intenzivne eksploatacije geotermalne energije radi destabilizacije tla potresi postaju sve učestaliji. Razvoj daljnje tehnologije i vrijeme će pokazati koliko je geotermalna energija uistinu primjenjiva, iako spram fosilnih goriva bilo kakva alternativa je neusporedivo bolja zamjena.

5.3) POTENCIJAL I KORIŠTENJE

Potencijalna energija koja se može dobiti iz geotermalnih izvora je jako velika. Izvori se nalaze na cijelom nizu slojeva zemlje. Prirodno se pojavljuje kao izvor vruće vode, gejzir i vulkan. Za izvore vruče vode se oduvijek zna, i koristili su se kao toplice. Tek je moderna znanost pronašla načine kako se ti izvori mogu iskoristiti i za pridobivanje električne energije. Po nekim izračunima geotermalne energije ima 50.000 puta više nego što je ukupna energije sve nafte i plina na planetu. Isti izračun daje i sljedeće podatke:

- Toplinski tok iz unutrašnjosti zemlje iznosi 42TW (42.000.000.000.000 W), pri tome:

- 8 TW iz zemljine kore koja čini 2% ukupnog volumena, ali je bogata radioaktivnim izotopima.

- 32,3 TW iz plašta koji čini 82% volumena

- 1,7 TW iz jezgre koja čini 16% volumena planeta, ali nema radioaktivnih izotopa.

Cjelokupna energija se po istom izračunu procjenjuje na 12,6 * 1024 MJ, a same kore na 5,4 * 1024 MJ. Pri tome je samo jedan mali dio iskoristiv, ali energije ima skoro 35.000.000.000 puta više nego današnje potrebe za istom dakle ta energija je jako isplativa, iako se ekonomično može eksploatirati tek na dubini do 5000m.

Primjena te energije nije i ne mora biti nužno samo pridobivanje električne energije ili neka industrija. Može se koristiti i kao što se tradicionalno koristila samo u većoj mjeri, i to za toplifikaciju cijelih naselja, grijanje staklenika, proizvodnja papira, sušenje hrane i tkanine, grijanje sportskih objekata kao bazeni, termalni procesi kao što je pasterizacija, čak i u ekstremnom slučaju su postojali planovi za podzemne ljevaonice unutar neposredne blizine vulkana gdje su temperature često preko 1500°C.

19

5.4) GEOTERMALNA ENERGIJA U SVRHU PROIZVODNJE ELEKTRIČNE ENERGIJE

Najveći motiv za korištenje geotermalne energije je naravno pridobivanje električne energije. Koristi se voda i vodena para, time nema sagorijevanja fosilnih goriva, time niti štetnih utjecaja za atmosferu. Princip pridobivanja je jednostavan, a može se primijeniti na svakom izvoru bez utjecaja (čak ni estetskog previše)na prirodni okoliš. Postoje 3 osnovna principa rada geotermalnih elektrana. To su „dry steam“ tehnologija, „Flash steam“ tehnologija i „Binary cycle“ metoda rada.

Dry steam (suha para) je najstarija i najčešće korištena tehnologija (još od 1960. god elektrana u Landerellou, prva geotermalna elektrana na svijetu). U tom se principu koristi vruća para iznad 235°C koja direktno pokreće turbinu generatora. To je najjednostavniji i najjeftiniji princip rada. Jedina izmjenjiva komponenta je filter za prašinu koji sprječava da ništa osim vodene pare ne uđe u turbinu. Koristi se još uvijek na najtoplijim izvorima. Najveća današnja geotermalna elektrana „The geysers“ ima efektivnu proizvodnju toliku da može snabdijevati grad od preko 8.000.000 stanovnika električnom energijom.

Flash steam (separiranje pare) je nešto moderniji princip koji može raditi na izvorima niže temperature (preko 182°C). Tom tehnologijom se pumpa vruća voda iz rezervoara pod velikim tlakom. Kada dođe na površinu, tlak pada i dio vode se odmah pretvara u paru koja pokreće turbine. Dio vode koji se nije pretvorio se vraća natrag u rezervoar gdje se ponovno grije i pumpa na površinu. Tim se principom voda uopće ne izbacuje iz zemlje niti se gubi. S obzirom da joj se količina ne mijenja ova elektrana je najpovoljnija za okoliš, i najčešće korištena danas.

Binary cycle (binarni princip) je najmodernija tehnologija koja može funkcionirati na znatno nižim temperaturama izvora. Radi toga nije jako ekonomična, ali joj je širina primjene nekoliko desetaka puta šira nego kod drugih principa (više izvora). Sistem funkcionira tako da se vruća voda pumpa u sustav protoka koji grije drugu tekućinu. Ta tekućina ima i znatno nižu točku vrelišta nego voda. Time se vodo zagrije ta tekućina i ona pokreće turbinu. Ohlađena se voda vraća u izvor. Efikasnost je tog procesa veća, sistem je savršeno ekološki s obzirom da se voda čak niti ne kontaminira nego u stanju kakvom je bila se i vraća natrag u izvor. Nema gubitka vode, nema kontaminacije vode bilo čime, a time je i gubitak topline izvora smanjen, tj. Iskorištava se puno veći dio nego kod drugih principa. Ovaj će princip koristiti većina geotermalnih elektrana koja je u izgradnji ili u planu.

20

5.5) EKSPLOATACIJA DILJEM SVIJETA

Geotermalna se energija koristi u preko 20 svjetskih zemalja i taj broj stalno raste. Njen udio u električnoj energiji je sve veći, a time samo što koristimo geotermalne izvore a ne fosilna goriva pridonosimo jednoj boljoj i zdravijoj ekološkoj budućnosti. U nastavku su neke opće informacije o velikim geotermalnim elektranama u nekim državama diljem svijeta:

Kenija:

Investitor: Kengen

Olkaria I, 45MW

Olkaria II, 65 MW

Olkaria III 48 MW (tek u izgradnji)

Plan je da se povećaju kapaciteti za još 576 MW do 2017. Što je ukupno četvrtina potrebe za električnom energijom u toj zemlji.

Čile:

Trenutačno nema efektivnih elektrana, ali su u planu i neke u izgradnji. Potencijal je 16.000 MW u sljedećih 50 godina.

Island:

Zemlja - otok u sred vulkanskog područja. Ne postoji bolje mjesto. Iako koristi samo 19,1% za električnu energiju, stoljećima se griju na geotermalne izvore. Sada je omjer grijanja tog izvora na čak 87% svih kućanstava. Planira se u potpunosti izbaciti korištenje fosilnih goriva.

Novi Zeland:

Ova zemlja koristi ovu energiju za pridobivanje električne energije još od 1950-ih, a grijanje otkad pamte.

Filipini:

Filipini su druga zemlja (iza SAD-a) po količini energije dobivene iz geotermalnih izvora. Krajem 2003., SAD je imao kapacitet od 2020 MW , dok se na Filipinima generiralo 1930 MW energije iz geotermalnih izvora.

SAD

21

U SAD-u se posebno ističu Filipini koji su od ukupnog kapaciteta cijelog SAD-a od 2020 MW (2003.) davali 1930 MW. SAD ima najveće kapacitete geotermalnih elektrana na svijetu. Poznate države po tome su:, Nevada, Oregon, Idaho, Arizona i Utah.

5.6) GEOTERMALNA ENERGIJA U HRVATSKOJ

Ukupni se geotermalni energetski potencijal u Hrvatskoj procjenjuje na 812 MW toplinskog i 45,8 MW električnog učinka, uz pretpostavku primjene u sustavima grijanja i s iskorištenjem do temperature 50 °C.

Geotermalna energija se u obliku vode u Hrvatskoj koristila od davnina u obliku toplica. Neke još i od doba rimske vladavine. U toplicama je vruća voda dotjecala prirodno, danas se koriste plitke bušotine radi kapaciteta. Značajnija istraživanja osim u zdravstvenu i turističku svrhu postoje još od 1976. godine.

S obzirom na geotermalne značajke Hrvatska se može podijeliti na 3 područja; jadransko, središnje i panonsko područje. Jadransko područje, koje obuhvaća Istru, Primorje, Liku i Dalmaciju te dinaride, ima mali geotermalni gradijent od 0,018°C/m (29 mW/m2

toplinski tok). Slične vrijednosti ima i područje središnje Hrvatske u koje spada: Banovina, Kordun, Pokuplje, Žumberačko gorje, Zagreb, Hrvatsko zagorje, Prigorje i Međimurje, iako je na tom području najširi raspon upotrebljivosti geotermalnih medija (dubina). Panonsko područje koje obuhvaća Slavoniju i Baranju, te Podravinu i Posavinu ima zadovoljavajući geotermalni gradijent i toplinski tok koji iznose 0,049 C/m (76 mW/m2)

Sva se područja gdje se geotermalna energija planira koristiti dijele na 3 skupine:

- visoko-temperaturne- srednje-temperaturne- nisko-temperaturne

U Hrvatskoj su zastupljene samo nisko- temperaturne (niže od 100°C) i srednje-temperaturne skupine (više od 100°C)

S obzirom na značajniji potencijal, u Hrvatskoj bi se geotermalna energija mogla koristiti za sustave grijanja zdravstvenih i turističkih objekata, te za grijanje staklenika u područjima gdje postoji poljoprivredna proizvodnja.

22

6) ENERGIJA MORA

6.1) MORSKE MIJENE

Morske mijene su plima i oseka, te uz morske struje i valove jedini prirodni pokretači vodenih površina. Plima i oseka su naizmjenično dizanje i spuštanje razine mora nastalo pod utjecajem gravitacijske sile od strane Mjeseca i Sunca u odnosu na Zemlju.

Razlozi pojavljivanja plime i oseke

Plima i oseka pojavljuju se zbog gravitacijskih sila koje se nalaze između Zemlje, Mjeseca i Sunca pri njihovom međusobnom kretanju kroz svemir. Mjesec sa okreće oko Zemlje te zbog svoje privlačnosti prema Zemlji između njih se javlja privlačna sila koja djeluje na Zemlju a pošto na Zemlji sve osim goleme vodene mase (71% Zemljine površine prekriveno vodom) nije dovoljno fleksibilno da bi ga Mjesec privukao, mjesec privlači prema sebi vodenu masu na velikim površinama (oceani, mora, velika jezera), što uzrokuje povlačenje razine mora na obali te razina mora opada kako utjecaj jača i to zovemo osekom, postupno utjecaj slabi te dolazi do postupnog povećanja razine mora u prvotno stanje a tu pojavu zovemo plimom. Zbog toga što je mjesec glavni pokretač plime i oseke do te promjene dolazi dva puta u nekih 25 sati dugom vremenskom razdoblju ili bolje rečeno plima i oseka se izmjene u jednom danu dvaput otprilike svakih 12 sati i 25 minuta.

Jake plime i oseke

Jake plime i jake oseke se javljaju u razdobljima punog i novog Mjeseca kada je utjecaj Mjeseca na privlačnost prema Zemlji pojačan utjecajem položaja Sunca naspram Zemlje to jest za vrijeme punog i novog Mjeseca sva tri tijela se nalaze u ravnini te je zbog toga utjecaj na plimu i oseku najjači.

Promjenom udaljenosti između Mjeseca u odnosu na Zemlju također utječe na jačinu plime i oseke tako kada je Mjesec u perigeji plima i oseka jačaju a apogeji slabe, a svakih 7½ mjesečevih orbitalnih okreta oko Zemlje perigeja bude sukladna ili sa novim ili punim mjesecom uzrokujući perigejne morske mijene sa najvećim rasponom plime i oseke, do ove pojave dolazi prosječno svakih 29 dana 12 sati 44 minute i 3 sekunde ili svakih 29.530589 dana .

Utjecaj perigejnih morskih mijena inače nije opasan osim u slučaju kada se na istom području javi oluja koja u isto vrijeme krene na obalu te tada zbog visokih plimnih valova može izazvati materijalnu štetu u priobalju zahvaćenog područja. Zbog tako izraženog

23

utjecaja jake plime i oseke mogu u područjima velikih razlika između plime i oseke utjecati na pomorski promet, ribarstvo, priobalni turizam i odvijanje prometa na kopnu.

Mrtve mijene

Mrtve mijene označavaju najslabije plime i oseke to jest kada je razlika između gornje granice plime i donje granice oseke najmanja a događa se kada je Mjesec u stadiju četvrt i pola te je samim time utjecaj na Zemlju najblaži.

Zbog minimalnih kretanja razine morske površine mrtve mijene ne uzrokuju značajnije probleme vezane uz život i djelatnosti čovjeka.

24

6.2) ENERGIJA VALOVA

Zbog djelovanja vjetra na površinu vode u nekim zonama oceana stvaraju se veliki morski valovi. Valovi se razlikuju po visini, dužini i brzini o čemu ovisi i njihova energija. Svaki val nosi potencijalnu energiju uzrokovanu deformacijom površine i kinetičku energiju koja nastaje zbog gibanja vode. Energija vala naglo pada s dubinom vala, pa na dubini od 50 m iznosi samo 2% od energije neposredno ispod površine.

Energija valova obnovljiv je izvor, koji varira u vremenu (npr. veći valovi javljaju se u zimskim mjesecima). Jednostavniji oblik iskorištavanja energije valova bio bi neposredno uz obalu zbog lakšeg tj. jeftinijeg dovođenja energije potrošačima. Međutim, energija valova na pučini znatno je veća, ali je i njezino iskorištavanje puno skuplje. U Velikoj Britaniji i Japanu već se duže vrijeme istražuju mogućnosti iskorištavanja ovog oblika energije. Danas su u osnovi poznata tri oblika iskorištavanja energije valova; preko plutača, pomičnog klipa i lopatica. Nijedan od navedenih načina ne može ekonomski konkurirati klasičnim izvorima energije (Udovičić, 1999.). Na Slici vidi se princip pretvorbe energije valova u električnu energiju. Slika pokazuje kako se energija valova prvo pretvara u strujanje zraka, a taj vjetar pokreće turbinu. Amplituda valova mora biti velika da bi pretvorba bila učinkovita.

6.3) KONVERZIJA TERMALNE ENERGIJE MORA

Konverzija termalne energije oceana (eng.: Ocean thermal energy conversion, OTEC) je postupak stvaranja električne energije uz pomoć temperaturne razlike između dubokih i plitkih slojeva oceana za pokretanje toplinskog stroja. Učinkovitost i snaga su bolja time što je razlika temperature veća. Temperaturna razlika generalno se povećava sa opadajućom zemljopisnom širinom, to jest blizu ekvatora i tropskog pojasa. Najčešće temperatura

25

površine oceana iznosi 27 °C a u dubokim vodama temperatura rijetko pada ispod 5 °C. Osnovni tehnički izazov OTEC-a je bio proizvesti značajan dio energije iz jako malih temperaturnih razlika.

Jedan od ključnih problema kod ovog sustava je njegova niska toplinska iskoristivost, prijašnji sustavi su imali iskoristivost od 1 do 3% (teoretski se smatra da je maksimalna iskoristivost od 6 do 7%) trenutni sustavi koji se razvijaju će raditi blizu maksimalne toplinske iskoristivosti ovog sustava. Neki stručnjaci za Energetiku smatraju kada bi ova metoda postala jeftinija i postala konkurentna sa ostalim konvencionalnim tehnologijama tada bi OTEC mogao proizvoditi gigawate električne struje. Upravljanje troškovima je još velik izazov što se tiče ove tehnologije.

Pogled na kopneni OTEC pogon na obalama Havaja

Princip rada

Princip rada ovakvih sustava se zasniva na koncepciji toplinskog stroja veoma uobičajenog u području Termodinamike. Toplinski stroj je termodinamički uređaj smješten između dva spremnika, jednog visoke temperature a drugog niske. Kako toplina protječe od jednog do drugog spremnika toplinski stroj dio toplinske energije pretvara u mehanički rad (princip rada kod parnih turbina).

26

Jedini toplinski ciklus prigodan za OTEC je Rankineov ciklus uz to koristeći niskotlačnu turbinu. Sustavi mogu biti izvedeni kao otvorenog ili zatvorenog ciklusa. Strojevi zatvorenog ciklusa kao radne fluide koriste uobičajne radne tvari kao amonijak ili R134 a dokle kod otvorenog ciklusa se koristi toplina površine vode kao radni fluid.

Podjela prema vrsti ciklusa

• Sustav otvorenog ciklusa

• Sustav zatvorenog ciklusa

• Sustav hibridnog ciklusa

Hladna morska voda je sastavni dio svakog od tri tipa OTEC sustava. Kako bi sustav uspješno radio hladna morska voda se mora dopremati do površine. To se može postići koristeći pumpu. Drugi način je destilacijom morske vode blizu morskog dna, to smanjuje gustoću morske vode i zbog razlike gustoće će morska voda sa dna putovati kroz cijev na površinu.

Sustav zatvorenog ciklusa

Sustav zatvorenog ciklusa koriste tekućine sa niskim stupnjem vrelišta, najčešće je to amonijak, te se na taj način pokreće turbina koja pridonosi stvaranju električne energije . Topla morska voda na površini se pumpa kroz izmjenjivač topline i zahvaljujući niskoj točki vrelišta ona isparava, takva novonastala para zatim pokreće turbo generator. Hladnija morska voda (ona dublja) se zatim upumpava kroz drugi izmjenjivač topline, zahvaljujući kondenzaciji ona opet iz pare prelazi u tekuće stanje i opet sve tako iz početka.

Sustav otvorenog ciklusa

Sustav otvorenog ciklusa funkcionira na principu parne turbine. Naime ovaj sustav koristi toplinu površine tropskih oceana i stvara električnu energiju tako da se ta voda doprema u spremnik sa niskim tlakom, zahvaljujući niskom tlaka ta voda proključa i na taj način dobivamo paru. Dobivena para se počinje širiti i počinje pogoniti turbinu spojenu na električni generator. Zbog izloženosti hladnom oceanu ta para opet kondenzira nazad u tekuće stanje.

Sustav hibridnog ciklusa

Sustav hibridnog ciklusa izveden je na taj način da on kombinira dobre osobine zatvorenog i otvorenog ciklusa. Princip rada hibridnih sustava zasniva se na korištenju tople(površinske) morske vode koja ulazi u vakuumsku komoru gdje se ona pretvara u paru (karakteristika otvorenog sustava). Nakon toga se para pretvara u tekućinu niskog vrelišta

27

(karakteristika zatvorenih sustava) koja nakon toga pokreće turbinu te se tako stvara električna energija.

6.4) PLIME I OSEKE U HRVATSKOJ

Hrvatska morska obala se nalazi na području umjerenih plima i oseka te najveći raspon plime i oseke se kreće oko 1 metar razlike te kao takva ne utječe na život ljudi u većoj mjeri, premda je more pokazalo da u razdobljima velike plime i uz određene vremenske uvjete to jest niski tlak zraka te jak južni vjetar može izazvati poprilične probleme kako u prometnom smislu tako i u materijalnoj šteti, zbog toga što se pokazalo da u tim uvjetima obalna razina u nekim naseljima je u razini nižoj od razine plimnog vala te je zbog toga došlo do plavljenja obalnog područja, prometnica i objekata uz samu obalu, izbacivanja brodova, brodica i čamaca na obalu uz popriličnu štetu. Smatra se da ovakvi događaji nisu toliko učestali to jest uvjeti za njih se stvore svakih pedesetak godina pa nema smisla prilagođavati život ljudi tim ekstremnim događajima. Zadnji zabilježeni slučaj ekstremno visokog plimnog vala na hrvatskoj obali Jadrana zabilježen je 1.prosinca 2008. godine a prije toga 1929..

U gospodarskom smislu plime i oseke na području hrvatske obale nisu pogodne za izgradnju elektrana na plimu i oseku.

6.5) ZANIMLJIVOSTI

Najveće morske mijene su na obalama najvećih oceana ali ne svugdje već samo u specifičnim područjima.

Najveća izmjerena razlika između plime i oseke od 16 metara izmjerena je u zaljevu Fundy u New Scotia u Kanadi premda se smatra da je u zaljevu Ungava u Quebecu još i više ali u razdoblju kad se vrše mjerenja taj zaljev je okovan ledom.

Područje Mediterana spada u područja sa umjerenim morskim mijenama

Područja Aljaske, Madagaskara, Novog Zelanda, istočne obale Kanade te zapadne obale Francuske i Velike Britanije su područja istraženih morskih mijena toliko da utječu na odvijanje pomorskog prometa.

28

Zaljev Fundy za vrijeme plime Zaljev Fundy za vrijeme oseke

7) HIDROENERGIJA

7.1) OPĆENITO

Hidroelektrane (hidroelektrične centrale) su elektrane kojima se dobiva oko 97% ukupne električne energije iz obnovljivih izvora. Ekonomski je konkurentno proizvodnji energije sagorijevanjem fosilnih goriva i nuklearnim elektranama dok je utjecaj na okoliš kod malih elektrana gotovo zanemariv, nerijetko, čak i koristan. Zbog svog jednostavnog principa rada su jako pouzdane, a zahvaljujući akumulacijskim jezerima energija koju daju je stalna i ne ovisi o faktorima kao što je osunčanje ili jačina vjetra.

Princip rada je jednostavan. Na protok vode se montira sustav vodilica koji usmjerava vodu u turbinu. Snaga vode okreće turbinu koja zatim može pokretati generator električne struje. Protok vode se može provesti na nekoj rijeci, može se branom stvoriti akumulacijsko jezero, a može se i primijeniti princip više i niže posude kod reverzibilnih elektrana.

U osnovi se dijele na 3 skupine:

- Male hidroelektrane- Velike hidroelektrane- Reverzibilne hidroelektrane

Prema količini vode i visini vodenog pada, koji koriste, razlikuju se:

- hidroelektrane s visokim padovima i relativno malom količinom vode,- hidroelektrane sa srednjim i niskim padovima i- hidroelektrane s niskim padovima i relativno velikom količinom vode

Pad je visinska razlika između razine vode i razine mjesta gdje se nalazi turbina, a ovisno o veličini te razlike koristi se određena vrsta turbine.

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.

Za srednje padove (do 200 metara) koriste se takozvane Francisove turbine, kod kojih provodni dio s lopaticama okružuje kotač. U provodnom dijelu ovih turbina potencijalna se

29

energija vode samo djelomično pretvara u kinetičku tako da dospijeva u obrtno kolo (kotač) i njemu predaje svoju energiju.

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.

7.2) MALE HIDROELEKTRANE

Smatra se da male hidroelektrane nemaju gotovo nikakav štetni utjecaj na okoliš, za razliku od velikih koje uvijek imaju akumulacijsko jezero koje poplavlja ogromne površine i bitno mijenjaju eko-sustav unutar kojega je sagrađena, iako najviše štete naprave za vrijeme izgradnje. Kako je fosilnih goriva sve manje, a i polako globalno zatopljenje kao izravna posljedica ljudskog nepromišljenog iskorištavanja istih bitno utječe na naše zdravlje i život, razvitak obnovljivih izvora energije, a s time najviše hidroelektrana, rapidno raste u posljednje vrijeme. Male hidroelektrane se sada rade kao sistemi kogeneracije unutar tokova toka pitke vode gdje taj tok čini gravitacija (pri čemu niti na jedan način ne utječu na pitkost te vode!), čak i u kanalizacijskim sustavima postoje i napredne turbine koje su otporne na veliku količinu smeća koje prolaze kroz njih, a koje daju male količine električne energije. Princip rada hidroelektrane je danas najrazvijeniji i tehnički najpoznatiji izvor energije na globalnoj razini sa velikim stupnjem učinkovitosti, a čini ukupno 22% svjetske proizvodnje električne energije (od malih i srednjih, bez velikih hidroelektrana).

Točna definicija male elektrane bitno varira od zemlje do zemlje, zavisno o njenoj tehnologiji i postojećim kapacitetima. EU se sve više prihvaća standard od 10MW kao gornja granica male hidroelektrane. U Hrvatskoj je mala hidroelektrana određena kao postrojenje od 10KW do 10MW. Male se hidroelektrane dalje dijele na mini i mikro hidroelektrane.

Male elektrane (i većina velikih) sadrži branu ili pregradu, zahvat, dovod, vodnu komoru, tlačni cjevovod, strojarnicu sa turbinom i generatorom, te odvod vode. Ovisno o situaciji neki dio može izostati, npr. brana ako voda ide direktno na turbinu, isto tako isti dio može preuzeti više funkcija. Brane služe za skretanje vode s njenog prirodnog toka prema zahvatu, povišenju njene razine i akumulaciju. Zahvat prima vodu koju zaustavi pregrada i vodi je prema elektrani. Postoji zahvat na i ispod površine. Dovod spaja zahvat i vodnu komoru. Može biti kanal ili tunel. Tunel može biti gravitacijski (koristiti prirodni pad) ili tlačni (sa nekom pumpom). Tlačni tunel daje elektrani veću fleksibilnost jer elektrana s njima lakše podnosi promjene opterećenja. Tlačni privod dovodi vodu iz vodne komore na turbinu. Rade se od čelika, a za manje visine od betona. Konstruirani su za minimalne hidrauličke gubitke. Vodna komora je na kraju tunela i njen dizajn bitno utječe na funkcionalnost turbina. U strojarnici su generatori i turbine neposredno blizu radi eliminiranja gubitka u prijenosu kinetičke energije. Turbine i hidro-generatori su uglavnom vertikalni jer je time najveća iskoristivost, iako kod manjih elektrana postoji, ako je mala visina pada, i horizontalna izvedba, najčešće sa 2 Pelton ili Francis turbine na jednom generatoru. Na ulazu u tlačni

30

cjevovod je najčešće montiran sigurnosni zaporni uređaj koji u slučaju nužde prekida dotok vode.

Vodna turbina je pogonski stroj u kojem se potencijalna energija vode pretvara u kinetičku energiju, a zatim promjenom količine gibanja u radnom kolu, u mehaničku energiju vrtnje.

Turbina je ključni dio elektrane koji kinetičku energiju vode dovodi na generator. S obzirom na način pretvorbe energije dijele se na pretlačne (reakcijske) turbine i turbine slobodnog mlaza (akcijske, impulsne turbine).

Pretlačnim turbinama nazivaju se vodne turbine u kojima je tlak na ulazu u rotor veći od onoga na njegovom izlazu. U pretlačnim se turbinama dio potencijalne energije transformira u kinetičku energiju u statoru, a dio u rotoru. Zakretanje radnog kola uzrokuje promjena količine gibanja i reaktivne sile (razlika tlaka, Coriolisova sila i dr.)

U pretlačne turbine spadaju:- Francisova (konstruirao amerikanac Francis 1849.)- Kaplanova (konstruirao čeh Kaplan 1913.)- Propelerna (Kaplanova s nepomičnim rotorskim lopaticama)- Deriazova (konstruirao švicarac Deriaz 1952.) turbina.U turbinama slobodnog mlaza je tlak na ulazu u rotor jednak tlaku na njegovom izlazu, jer

se sva potencijalna energija transformira u kinetičku energiju vode u statoru (sapnici) turbine. Zakretna sila nastaje samo na temelju promjene količine gibanja zbog skretanja mlaza u radnom kolu.

Turbine slobodnog mlaza su:- Peltonova (konstruirao amerikanac Pelton 1878.)- Turgonova (varijacija Peltonove turbine, ali je projektirana da ima veću specifičnu

brzinu)- Banki-Michellova turbina (za velike vodene tokove i manje padove od Peltonove

turbine, izvodi se sa horizontalnom osovinom).

Da bi se hidroelektrana smatrala malom hidroelektranom, sa ciljem zaštite okoliša, mora imati sljedeća svojstva:

- karakterizira ih protočni rad ili iznimno mala akumulacija (minimiziran utjecaj na vodotok)paralelan rad sa mrežom i ugradnja asinkronih generatora

- kod objekata sa instaliranom snagom manjom od 100 kW nema gradnje trafostanice već se predviđa izvedba transformatora na stupu

31

- postrojenje se sastoji od brane (niskog preljevnog praga), dovodnog kanala i/ili cjevovoda, zgrade strojarnice i odvodnog kanala

- preljevni prag služi samo zato da uspori vodotok prije ulaska u dovodni kanal- umjesto niskog preljevnog kanala može se upotrijebiti tzv. tirolski zahvat- dovodni kanal zatvorenog tipa predviđen je samo za vođenje zahvaćene vode po

strmim obroncima i većim dijelom je ukopan (može biti i potpuno ukopan)- dovodni kanal otvorenog tipa predviđen je za veće količine vode i u pravilu se nalazi

na manje strmim terenima- tlačni cjevovod treba biti što manjih dimenzija i predviđen je da vodu najkraćim

putem dovede do strojarnice- zgrada strojarnice je što manjih gabarita i operacija je u potpunosti automatizirana- odvodni kanal je otvoren i kratak i njime se voda vraća iz strojarnice u vodotok (ova

voda je gotovo redovito jako obogaćena kisikom, tako da se ribe rado zadržavaju u ovom području)

Ako se pri kategorizaciji i projektiranju malih hidroelektrana drži ovih načela, utjecaji na okoliš su svedeni na minimum.

7.3) EKOLOŠKI UTJECAJI

Učinci koje hidroelektrana može imati na ekosustav zavise o ova 4 čimbenika:

- Veličina i brzina protoka rijeke ili sl. na kojoj je hidroelektrana locirana- Klimatski uvjeti i oblik sredine prije gradnje elektrane- Vrsta, veličina i konstrukcija elektrane i način na koji je pogonski vođena- Ako postoji više od jedne elektrana na istoj rijeci, i ako nisu relativno blizu jedna

drugoj, moguće je da učinci na ekosustav jedne elektrane su zavisni o učincima druge elektrane

Prednosti

- MHE (male hidroelektrane)su ekološki vrlo prihvatljive, proizvodnjom električne energije nema emisije ugljičnog-dioksida u okoliš što je izrazito važno.

- Smanjuje se potrošnja fosilnih goriva.- Pomažu u zaštiti od poplava, ne zahtijevaju korištenje velikih površina.- Sigurnija i pouzdanija opskrba električnom energijom, stupanj djelovanja do 90%,

mali pogonski troškovi.- Pozitivan društveni utjecaj na regiju (zapošljavanje i sl.)

Jedan GWh električne energije proizvedene u MHE znači:

32

- Izbjegavanje emisije od 480 tona ugljičnog-dioksida (CO2),- Opskrbu električnom energijom kroz jednu godinu za 250 kućanstava u razvijenim

zemljama, a za 450 kućanstava u zemljama u razvoju,- Uštedu 220 tona goriva ili uštedu 335 tona ugljena

Nedostaci

Nedostaci postoje, Iako u znatno manjoj mjeri u odnosu na velike HE jerne utječu na promjene vodotoka. Postoji utjecaj na lokalnu floru i faunu (migracije i ozljede riba, kvaliteta vode nizvodno…) te se definiraju mjere za zaštitu okoliša koje se mogu poduzeti da se ublaže ti utjecaji:

- Rezervni tok- Prolazi za ribe- Skupljanje i skladištenje smeća- Višenamjenski pogoni- Tehnike za smanjenje buke i vibracije- Prijateljske turbine za ribe- Bio-dizajn

7.4) VELIKE HIDROELEKTRANE

U zadnjih trideset godina proizvodnja u hidroelektranama je utrostručena, a njen udio povećan je za 50%. Ti podaci pokazuju da se proizvodnja u hidroelektranama brzo povećava iz više razloga:

- Hidroenergija je čista, nema otpada- Nema troškova goriva (voda je besplatna) pod uvjetom da je ima u dovoljnoj količini- Moderne hidroelektrane mogu do 90% energije vode pretvoriti u električnu energiju- Puštanje hidroelektrane u pogon vrlo je brzo te se koriste za pokrivanje naglih

povećanja potrošnje- Umjetna jezera nastala izgradnjom hidroelektrana lokalno doprinose ekonomiji i

omogućavaju navodnjavanje, vodoopskrbu, turizam i rekreaciju.

Snaga postrojenja i proizvedena energija ovise o:

33

- Raspoloživom vodenom padu. Visina pada ovisi o visini brane. Što je brana viša, to je veći potencijal.

- Raspoloživom protoku vode. Veća količina vode proizvest će više električne energije kod iste visine vodenog pada.

7.5) REVERZIBILNE HIDROELEKTRANE

Kod konvencionalnih hidroelektrana voda iz akumulacijskog jezera protječe kroz postrojenje i nastavlja dalje svojim prirodnim tokom. Postoje i tzv. reverzibilne hidroelektrane. Ova vrsta hidroelektrane se koristi u svrhu stabilizacije pri promjenjivoj potrošnji. Kada jedna elektrana (bilo koja) proizvodi količine energije koje tržište u tom trenutku ne može podnijeti tj. potrošiti, ona radi višak energije koju nije moguće niti uskladištiti niti iskoristiti za neki koristan rad. Obično je to slučaj kod elektrana kod kojih se pri smanjenoj potrošnji jako teško smanjuje proizvodnja, ili koje daju energiju limitiran period vremena (solarne i vjetro-elektrane). Da bi se takva energija efektivno iskoristila koristi se reverzibilna hidroelektrana. U principu je to obična hidroelektrana, samo što ima 2 akumulacijska jezera. Umjesto da voda koja prođe kroz elektranu nastavi nekim tokom, ona se skladišti u jednom nižem spremniku (donje akumulacijsko jezero), kada postoji izvor koji daje neiskoristiv višak energije, onda se kod ove elektrane aktiviraju pumpe (potrošači) koje vodu iz nižeg spremnika pumpaju u viši spremnik (gornje akumulacijsko jezero). Kada je manjak energije ili kad se gornje jezero napuni onda se voda kao kod klasične hidroelektrane iskoristi za dobivanje električne energije. U principu se ova vrsta elektrane koristi kao kompenzacija stabilizacije proizvodnje i smanjenja gubitaka jako velikih elektrana (nebitno koje vrste, ali najčešće termoelektrana na ugljen koje je jako teško prilagođavati promjeni potrošnje), te se grade u manje-više neposredno do njih. Isto se radi da bi se izbjegao rad na maksimumu, već da radi na maksimalnoj iskoristivost što štedi dodatno gorivo i stvara manje otpada. Reverzibilna pumpa, tj. generator i turbina se koristi i za dobivanje struje i za pumpanje vode natrag u gornje jezero (najčešće francis turbine), kod nekih slučajeva postoje i posebne pumpe (ako se radi o većoj izvedbi).

Ovo je zapravo najefektivniji način spremanja ogromnih količina energije koje se mogu i kasnije koristiti. Ako se radi o zatvorenom sustavu, povrat energije može iznositi i do 90%. Posebice je važno za druge obnovljive izvore kao što su elektrane na sunce i vjetar koje daju energiju u jako nestabilnim intervalima i limitirano vrijeme.

Problem nastaje pri izgradnji. Potrebno je pronaći pogodno mjesto za takvu elektranu, a duboko kopati umjetno jezero ili ga betonirati na nekoj umjetnoj uzvisini je jako skupo, pa se traže obično napušteni rudnici. Idealno je pronaći neko područje slično litici koje ima veliku is stabilnu visinsku razliku. Opća praksa je i gornje jezero raditi na područjima gdje su kiše češće, tako se mala količina energije dodatno akumulira.

34

Sustav sa napumpanim spremnikom (eng.: pumped-storage) prvi je puta izveden 1890. godine u Italiji i Švicarskoj. Reverzibilne turbine su se pojavile tek 1930. godine. Takve turbine mogu raditi i u režimu turbina/generator i kao pumpa pogonjena elektromotorom. Posljednja tehnologija na ovom polju su strojevi sa varijabilnom (promjenjivom) brzinom vrtnje zbog veće efikasnosti. Takvi strojevi generiraju električnu energiju u sinkronizaciji sa frekvencijom mreže, ali djeluju asinkrono kao pumpa.

8) KOGENERACIJA ENERGIJE

Kogeneracija (engl. Combined Heat and Power ili CHP) je postupak istovremene proizvodnje električne i korisne toplinske energije u jedinstvenom procesu. Kogeneracija koristi otpadnu toplinu koja nastaje uobičajenom proizvodnjom električne energije u termoenergetskim postrojenjima te se najčešće koristi za grijanje građevina ili čak cijelih naselja, a rijeđe u drugim proizvodnim procesima.

Kogeneracija je termodinamički učinkovito korištenje goriva. Prilikom klasične proizvodnje električne energije, dio energije ispušta se u okoliš kao otpadna toplina, a u kogeneraciji ta toplinska energija postaje korisna. Osnovna prednost kogeneracije je povećana učinkovitost energenta u odnosu na konvencionalne elektrane koje služe samo za proizvodnju električne energije te industrijske sustave koji služe samo za proizvodnju pare ili vruće vode za tehničke procese. U prosječnoj termoelektrani na ugljen iskoristivost postrojenja se kreće od 35-40%. Dakle više od polovice energije nepovratno trošimo, što kroz hlađenje i kondenzaciju, što kroz gubitke u samom sistemu. Energija koja se gubi u kondenzatoru predstavlja najveći dio ukupne izgubljene energije.

Prednosti kogeneracijskih sustava pred klasičnim sustavima s odvojenom opskrbom raznih oblika energije proizlaze prije svega iz visoke efikasnosti kogeneracijskih sustava. Pritom treba istaknuti da je ovakav stupanj iskoristivosti kogeneracijskog postrojenja svojstven režimu rada pri kojem se utroši sva toplinska energija proizvedena u sustavu. Direktna posljedica visoke efikasnosti kogeneracijskih postrojenja niske su vrijednosti emisija CO2 u atmosferu pri njihovom radu.

Konvencionalne elektrane emitiraju toplinu kao postprodukt pri generiranju električne struje u okoliš kroz tornjeve za hlađenje, kao ispušne plinove, ili nekim drugim sredstvima. Toplinska energija dobivena kogeneracijskom tehnikom također može biti korištena i u apsorcijskim hladnjacima za hlađenje. Kogeneracija je termodinamički najpovoljnija u iskorištavanju goriva. CHP je efikasniji ako je mjesto potrošnje bliže mjestu proizvodnje, dok mu korisnost pada sa udaljenošću potrošača. Udaljenost znači da mu trebaju dobro izolirane cijevi, što je skupo, dok se struja može transportirati na daleko veću udaljenost za iste gubitke. Kogeneracijske elektrane se mogu naći u područjima sa

35

centralnim grijanjem ili u velikim gradovima, bolnicama, rafinerijama.. CHP elektrane mogu biti projektirane da rade s obzirom na potražnju za toplinskom energijom ( engl. heat driven operation) ili primarno kao elektrana čiji se toplinski otpad iskorištava.

Ukupna učinkovitost kogeneracije iznosi od 70 do 85 posto (od 27 do 45 posto električne energije i od 40 do 50 posto toplinske energije), za razliku od konvencionalnih elektrana gdje je ukupna učinkovitost od 30 do 51 posto (električne energije).

Koristi koje kupac dobiva korištenjem kogeneracije:

Smanjenje troškova za električnu energiju Poboljšanje profitne stope i konkurentnosti

Sigurnost od naglih promjena el. energije

Suglasnost s ekološkim zahtjevima

Tipične CHP elektrane su:

- postrojenje protutlačne turbine - najjednostavniji i najčešći oblik

- postrojenje kondenzacijske turbine s reguliranim oduzimanjem pare - najpovoljnije

- postrojenje plinske turbine s korištenjem otpadne topline dimnih plinova,

- gorive ćelije s rastaljenim karboratima.

Postrojenje protutlačne turbine

Najjednostavniji i najčešći oblik. Ovaj tip postrojenja prisutan je najčešće u industriji kod proizvodnje topline i električne energije. Ova postrojenja su jeftinija, a samim time i jednostavnije za održavanje i upravljanje. Potreba i potrošnja toplinske i električne energije varira tako da u slučaju da imamo preveliku količinu pare, višak uvijek možemo izbacivati u atmosferu. Potreba koju imamo za toplinskom energijom u pogonu određivati će režim rada postrojenja. Količina proizvedene električne i toplinske energije ne može se bilancirati što je najveći problem..

Postrojenje kondenzacijske turbine s reguliranim oduzimanjem pare

Za ovakav sustav potrebno je imati na raspolaganju turbinu s dva stupnja: visokotlačni i niskotlačni. Nakon ekspanzije u visokotlačnom dijelu turbine vrši se ekspanzija nakon koje dolazi do oduzimanja pare. Sve se to odvija na konstantnom tlaku. Ovaj pogon je povoljniji pošto imamo dva stupnja rada:

36

- čisti kondenzatorski - ne postoji potreba za toplinom pa se proizvodi samo električna energija

- čisti protutlačni

9) ZAKLJUČAK

Iako se obnovljivi izvori energije troše oni se ne iscrpljuju već se obnavljaju u određenom ritmu. Razvoj obnovljivih izvora energije (osobito od vjetra, vode, sunca i biomase) važan je zbog nekoliko razloga:

- obnovljivi izvori energije imaju vrlo važnu ulogu u smanjenju emisije ugljičnog dioksida (CO2) u atmosferu

- povećanje udjela obnovljivih izvora energije povećava energetsku održivost sustava

- pomaže poboljšanju sigurnosti dostave energije na način da smanjuje ovisnost o uvozu energetskih sirovina i električne energije

- udio obnovljivih izvora energije u budućnosti treba znatno povećati jer neobnovljivih izvora energije ima sve manje, a i njihov štetni utjecaj sve je izraženiji u zadnjih nekoliko desetljeća.

Obnovljivi izvori energije su:

- Vjetroenergija

- Sunčeva energija

- Energija iz bioloških tvari

- Geotermalna energija

- Energija mora

- Hidroenergija

37

Radi bolje iskoristivosti i stabilizacije koriste se principi kogeneracije energije i reverzibilne hidroelektrane.

Očekuje se da će obnovljivi izvori energije postati ekonomski konkurentni konvencionalnim izvorima energije u srednjem do dugom razdoblju.

10) LITERATURA

Vjetroenergija:

Knjige:

Udovičić ,B.:“Energetika“, Školska knjiga,Zagreb,1993.

Internet:

http://hr.wikipedia.org/wiki/Energija_vjetra

Geotermalna energija:

Internet:

http://hr.wikipedia.org/wiki/geotermalna_energija

http://de.wikipedia.org/wiki/Geothermie

http://en.wikipedia.org/wiki/Geothermal_energy

Energija mora:

Internet:

www.hhi.hr

www.geog.hr

http://hr.wikipedia.org/wiki/Energija_mora

38

Energija iz bioloških tvari:

Internet:

http://hr.wikipedia.org/wiki/Bioplin

http://hr.wikipedia.org/wiki/Biogoriva

Kogeneracija energije:

Internet:

http://hr.wikipedia.org/wiki/Kogeneracija_energije

Sunčeva energija:

Internet:

http://hr.wikipedia.org/wiki/Sun%C4%8Deva_toplinska_energija (sunčeva toplinska energija)

Hidroenergija

Internet:

http://hr.wikipedia.org/wiki/Hidroelektrane

http://hr.wikipedia.org/wiki/Male_hidroelektrane

http://hr.wikipedia.org/wiki/Velike_hidroelektrane

http://hr.wikipedia.org/wiki/Reverzibilne_hidroelektrane

39