Modeli za procjenu vjetroenergije
    Nedjelja, 26 Lipanj 2011 22:52

    Modeli za procjenu vjetroenergije

    Planiranje razvitka energetskog sektora ima dugu tradiciju u Hrvatskoj, a započelo je 70-tih godina prošlog stoljeća. Specifičnu skupinu modela predstavljaju numerički modeli strujanja za procjenu potencijala energije vjetra i proračun proizvodnje iz vjetroelektrana ili prognozu vjetra. Ovisno o prostornoj skali na kojoj se primjenjuju razlikujemo mezoskalne modele za regionalne analize većih područja na rezolucijama 1 km i više te mikroskalne za analizu manjih područja, primjerice lokacija vjetroelektrana, na rezolucijama od 10 m naviše. Ponekad se kombiniraju oba pristupa te se spajanjem modela različite rezolucije dobiva snažan alat za procjenu potencijala vjetra na lokacijama bez dugotrajnih mjerenja.

    Standardna metodologija koja se primjenjuje za procjenu potencijala vjetra je tzv. metodologija Europskog atlasa vjetra. Ova metodologija počiva na pretpostavci da je vjetar u nekoj točki određen općom baričkom cirkulacijom s jedne strane te s druge lokalnim utjecajima orografije, hrapavosti površine i prepreka. Ako znamo uvjete vjetra u nekoj prostornoj točci, onda je te uvjete vjetra pomoću modela moguće ekstrapolirati u okolne točke uračunavajući relevantne utjecaje. Program za modeliranje strujanja i proračun proizvodnje prema ovoj metodologiji (WAsP, Wind Atlas Analysis and Application Program, Riso DTU) je sustav fizikalnih modela kojim se spomenuti utjecaji na atmosfersko strujanje uzimaju u obzir. WAsP i nakon 20 godina od nastanka još uvijek predstavlja standard za izradu studija vjetra, odnosno za procjene proizvodnje energije u vjetroelektranama. No, zbog ograničene primjenjivosti u uvjetima tzv. kompleksnog terena, sve više se razvijaju aplikacije za proračun proizvodnje iz vjetroelektrana zasnovane na CFD-u (Computational Fluid Dynamics). Dosadašnja testiranja pokazuju da su modeli zasnovani na CFD-u barem jednako tako točni kao i WAsP, a u mnogim situacijama i točniji zbog mogućnosti uračunavanja termičkih efekata te točnijeg parametriranja početnih i rubnih uvjeta. No treba reći da unatoč prednostima koje prepoznaje tehnička struka, CFD modeli još uvijek prolaze fazu „dokazivanja" pred financijskim institucijama. Konačno, u vjetroenergetici sve veću pažnju dobivaju i meteorološki prognostički modeli poput hrvatskog ALADIN/HR koji Državni hidrometeorološki zavod koristi u svakodnevnoj operativnoj praksi. Ovi modeli posebno će imati važnu ulogu kod planiranja proizvodnje iz vjetroelektrana za dan ili dva unaprijed. Količina Sunčevog zračenja u meteorologiji se najčešće opisuje pojmom osunčavanje, odnosno brojem sati sijanja Sunca. Za energetske potrebe, međutim, potrebno je promatrati ozračenost Sunčevim zračenjem, odnosno količinu dozračene energije na jediničnu površinu. Osim izravnim mjerenjem, ozračenost se može proračunati primjenom Ångströmove relacije koja povezuje podatke osunčavanja, pripadne koeficijente koji su specifični za određeno geografsko područje i ozračenost. Sunčevo zračenje sastoji se od tri komponente (izravno, raspršeno i odbijeno), a količina ozračenosti u promatranom vremenskom razdoblju ovisi o nagibu i orijentaciji plohe koja se promatra. Zbog toga se javila potreba za modelima procjene komponenata Sunčevog zračenja i modelima procjene Sunčevog zračenja na nagnutu plohu koji detaljnije opisuju karakteristike Sunčevog zračenja pogodne za energetsko iskorištavanje. U takve modele spada Czeplakov model za procjenu udjela raspršenog zračenja, te Klienov i Liu-Jordanov model za procjenu zračenja na nagnutu plohu.

    Veća preciznost modeliranja Sunčevog zračenja postiže se anizotropnim modelima poput Perezovog. Spomenuti modeli, osim mogućnosti izračuna profila ozračenosti na vremenskoj makroskali (razdoblje jedne godine) nude mogućnost izračuna profila ozračenosti na vremenskoj mikroskali (razdoblje jednog dana) te nude potencijal za predviđanje proizvodnje energije iz sunčanih postrojenja. Modeli prostorne razdiobe Sunčevog zračenja najčešće se temelje na GIS osnovi, i za ulazne podatke koriste podatke o ozračenosti za konačan broj prizemnih točaka i topografiju terena. Jedan od najpoznatijih alata za procjenu prostorne razdiobe ozračenosti koji je ujedno i javno dostupan je PVGIS. Proračun emisija onečišćujućih tvari u zrak iz stacionarnih i mobilnih energetskih izvora se provedi primjenom tzv. CORINAIR metodologije (Core Inventory of Air Emissions in Europe), razvijene od strane Europske agencije za okoliš u okviru Konvencije o prekograničnom onečišćenju zraka na velikim udaljenostima (CLRTAP). Za proračun se koristi programski alat CollectER, glavni modul AE-DEM programskog paketa, dok se emisija cestovnog prometa određuje primjenom COPERT programa. Za potrebe proračuna emisija stakleničkih plinova razvijena je IPCC metodologija (Intergovernmental Panel on Climate Change) pod okriljemu Okvirne konvencije Ujedinjenih naroda o promjeni klime (UNFCCC). IPCC metodologijom i odgovarajućim modelom (tzv. IPCC software) određuju se antropogene emisije stakleničkih plinova iz izvora i uklanjanje u ponorima. Osim navedenih modela za proračun emisija stakleničkih plinova, utjecaji energetskog sektora na ostale sastavnice okoliša (vodu, tlo i biološku raznolikost) mogu se utvrditi primjenom analize životnog ciklusa (eng. Life Cycle Assessment - LCA). Ova metodologija omogućuje modeliranje sustava, pri čemu se razmatra cijeli životni ciklus energije – od proizvodnje primarne energije, pretvorbe, prijenosa do krajnje potrošnje. Cilj primjene LCA je analizirati bilancu tvari i energije koje se koriste u proizvodnji, pretvorbi i potrošnji energije i emisija u okoliš do kojih dolazi iz svih dijelova sustava. Rezultati ovakvog modeliranja koriste se u svrhu optimizacije sustava i primjene mjera za smanjenje utjecaja na okoliš.

    Iskustva u Hrvatskoj
    Planiranje razvitka energetskog sektora i posebno elektroenergetskog sektora ima dugu tradiciju u Hrvatskoj, a započelo je 70-tih godina prošlog stoljeća. Prve korištene metode bile su temeljene na elektroenergetskoj bilanci, a sredinom 80-tih godina razvijeni su domaći složeniji modeli temeljeni na simulacijskim i optimizacijskm tehnikama. Nedugo nakon toga počeli su se primjenjivati metodološki pristupi jednaki onima koje su koristile ekonomski razvijenije zapadne zemlje. Veliki broj hrvatskih stručnjaka osposobljen je za rad s modelima za planiranje putem tečajeva u organizaciji IAEA (modeli MAED i WASP). Zanimljivo je istaknuti da su se postojeći modeli uspješno primijenili u Hrvatskoj i za vrijeme plansko organizirane ekonomije bivšeg državnog sustava. Nakon demokratskih promjena i početkom procesa tranzicije, javila se potreba za izradom studije o strategiji energetskog planiranja u Hrvatskoj. Godine 1994. na temelju prijedloga Ministarstva gospodarstva, Vlada Republike Hrvatske pokrenula je izradu projekta PROHES (Program razvitka i organizacije hrvatskog energetskog sektora), u kojem su se postavile odrednice nužnih promjena za izgradnju organiziranog energetskog sektora primjerenog razvijenim zemljama. Te se promjene odnose na energetske, ekonomske, zakonodavne i organizacijske aspekte energetskog sektora Hrvatske. Na temelju toga pokrenut je TC (Technical Cooperation) projekt "Energy and Nuclear Power Planning Study – CRO/0/002" koji je trajao u periodu od 1997. do 1998. godine. Integrirana studija o planiranju energetskog i elektroenergetskog sustava Hrvatske napravljena je korištenjem IAEA programskog paketa ENPEP (MAED, WASP, BALANCE, IMPACTS). Osim za TC projekt, sva istraživanja rađena u sklopu programa PROHES poslužila su i za izradu nacrta Strategije energetskog razvitka Republike Hrvatske (1998. godine), kao dijela ukupne strategije gospodarskog razvitka Republike Hrvatske.

    Usporedno s time napravljen je Masterplan dugoročnog razvoja elektroenergetskog sustava tj. plan izgradnje elektrana do kraja razdoblja planiranja (Razvitak elektroenergetskog sustava Hrvatske, 1998.), koji je predstavljen HEP-u, ali i ostalim institucijama koje su bile uključene u projekt PROHES. Masterplan je napravljen na osnovi rezultata dobivenih korištenjem modela WASP, a rezultati su uspoređeni s rezultatima analiza provedenih pomoću dva modela za planiranje proizvodnje u elektroenergetskom sektoru (SIPRA, LOGOS). Osim analize razvoja elektroenergetskog sektora, ovaj Masterplan obuhvatio je i razvoj mreža prijenosa i distribucije električne energije. Ova iskustva u području planiranja energetskog sustava u Republici Hrvatskoj prvenstveno su se odnosila na planiranje energetskih podsustava (elektroenergetskog i plinskog sustava), koji su u procesima planiranja bili međusobno povezani, ali ne i integrirano u jednom modelu. Razvoj energetskog tržišta jugoistočne Europe i potrebe analize područja primjene obnovljivih izvora energije, energetske učinkovitosti i trgovanja emisijama nametnuli su potrebu korištenja integriranih modela poput modela MARKAL. Ovisno o namjeni model MARKAL može se koristiti za planiranje energetskog sustava kao samostalni model ili u kombinaciji s više drugih modela (za planiranje pojedinih energetskih podsektora). U prvom primjeru model MARKAL metodom najmanjeg troška optimizira promatrani energetski sustav. U slučaju potrebnih analiza utjecaja jednog podsektora (npr. elektroenergetskog) na zbivanja u ostalim podsektorima sustava (npr. plinski), model MARKAL može se primijeniti u kombinaciji s više različitih modela, gdje rezultati analize dodatnih modela služe kao ulazni podaci za model MARKAL. Na ovaj način podaci potrebni za kreiranje scenarija pogona elektroenergetskih postrojenja dobivaju se iz rezultata modela WASP, a podaci o specifičnim investicijama prijenosnih i distributivnih mreža električne energije prilagodbom rezultata modela MEXICO, PSS/E, Neplan, PRAO i dr.

    Analize
    Zbog potrebe postavljanja dodatnih ograničenja (obzirom na način rada linearnog modela MARKAL) neki sektori potrošnje energije zahtijevaju posebnu analizu simulacijskim modelom ENPEP. Osim spomenutih modela, u Republici Hrvatskoj se koriste i modeli GTMax, MAFIOSY i DECADES/DECPAC.

    Američka isksutva
    GTMax (Generation and Transmission Maximization) model razvijen je u CEEESA (Center for Energy, Environmental and Economic Systems Analysis) pri ANL (Argonne National Laboratory), SAD. Namijenjen je za srednjoročno i kratkoročno planiranje pogona elektrana u uvjetima dereguliranih tržišta.
    www.poslovni.hr
    Pročitano 1318 puta

    O nama

    Hrastović Inženjering d.o.o. od 2004. se razvija u specijaliziranu tvrtku za projektiranje i primjenu obnovljivih izvora energije. Osnova projektnog managementa održivog razvitka društva je povećanje energijske djelotvornosti klasičnih instalacija i zgrada te projektiranje novih hibridnih energijskih sustava sunčane arhitekture. Cijeli živi svijet pokreće i održava u postojanju stalni dotok Sunčeve energije, a primjenom transformacijskih tehnologija Sunce bi moglo zadovoljiti ukupne energetske potrebe društva.

    Kontakt info

    HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o.
    Kralja Tomislava 82.
    31417 Piškorevci
    Hrvatska

    E-mail: info@hrastovic-inzenjering.hr
    Fax: 031-815-006
    Mobitel: 099-221-6503
    © HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o. - design & hosting by Medialive