UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO

Visokošolski strokovni študijski program

VARSTVO PRI DELU IN POŽARNO VARSTVO

UPORABA ALTERNATIVNIH VIROV ENERGIJE

Seminarska naloga

Matej Jakša PROFESOR: dr.Mitja Kožuh

Ljubljana, marec 2006

1 UVOD Razlogi za prehod na obnovljive vire energije ni dejstvo da uporabljamo energijo, temveč način, kako se energijo pridobiva in uporablja. Število prebivalcev na Zemlji nenehno raste, potrebe pa so vsak dan večje. Vse dokler se bo kot primarni vir za zadovoljevanje potreb po energiji uporabljala fosilna goriva ali jedrske reakcije, bo na zemlji problem na okoljskem, socialnem in ekonomskem področju. Poleg naštetih problemov je problem tudi nekoč izraba neobnovljivih virov. Zato so vedenja in spoznanja o obnovljivih verih iz leta v leto večja.

V Sloveniji je okvirni cilj politike s področja okolja dvig deleža OVE v primarni energetski bilanci na 12% do 2010. Zato bomo iz leta v leto priča spremembam, ki postavljajo v ospredje učinkovito rabo energije, kot tudi vse večje izkoriščanje obnovljivih virov energije. 2 OBNOVLJIVI VIRI ENERGIJE (OVE) Za obnovljive vire je značilno neomejena trajnost in velik potencial energije. Obnovljivi, neizčrpni ali alternativni viri energije nastajajo iz treh glavnih primarnih izvorov:

• toplota, ki iz notranjosti Zemlje prihaja proti površju in jo imenujemo geotermalna energija;

• planetarna energija Lune in Sonca, ki s kinetično energijo Zemlje povzroča periodično nastajanje plime in oseke;

• sončno sevanje, ki ga oddaja sonce in ga lahko spremenimo v toploto ali elektriko, v naravi povzroča nastanek vetra, valov, vodne energije in biomase.

Slabost obnovljivih virov je časovna spremenljivost moči in energije virov. Sončno sevanje na enoto obsijane površine se preko dneva spreminja do največ 1000W/m², mesečne energije sončnega obsevanja pa od 18kWh/m² (mesec) v januarju do 170 kWW/m² (mesec) v juliju (v Ljubljani). Redke obnovljive vire se da shraniti z običajnimi sistemi, ki bi omogočali rabo energije takrat, ko jo potrebujemo. Z običajnimi sistemi lahko shranimo biomase in toplote oceanov. Ker za shranjevanje obnovljivih virov ne uporabljamo običajne sisteme, to zmanjšuje učinkovitost in podraži izkoriščanje obnovljivih virov. Za obnovljive vire energije je značilna tudi nizka gostota moči. Zaradi tega morajo biti naprave pri enaki imenski moči precej večje od naprav, v katerih se uporablja fosilno ali jedersko gorivo.

Slika 1: Gostota moči različnih obnovljivih virov

2

2.1 SONČNA ENERGIJA Sončna energija se lahko izkorišča aktivno ali pasivno. Aktivno izkoriščanje pomeni pretvorbo sončne energije v toplotno in električno energijo. Pri tem se toplotna energija iz sončeve pridobiva s pomočjo solarnih kolektorjev ali solarnih kuhalnikov, električna energija pa s solarnimi celicami. Aktivni solarni sistemi so naprave, ki s sprejemniki sončne energije absorbirajo sončno sevanje ter ga v obliki toplote oddajo krožeči tekočini; ker se navadno razpoložljiva energija sončnega obsevanja časovno ne pokriva s potrošnjo, toploto shranjujemo v hranilniku toplote. Električno energijo lahko brez pretvorbe sončnega obsevanja v toploto proizvajamo s sončnimi celicami. To so polprevodniške naprave, najpogosteje narejene iz silicija. To so najprimernejše tehnologije za oskrbo manjših naprav v oddaljenih in neelektrificiranih krajih. Zaradi povečanja učinkovitosti in zniževanja cene pa sončne celice vse bolj uporabljajo tudi v urbaniziranih naseljih in stavbah, tako da oddajajo električno energijo v javno omrežje. Svetloba, ki pride na Zemljino površino je sestavljena iz dveh komponent, in sicer iz direktne svetlobe in difuzne svetlobe. Fotovoltanični sistem ne potrebuje direktne sončne svetlobe, da funkcionira, ampak lahko proizvaja električno energijo tudi v oblačnih dneh.

Pasivni solarni sistemi ali naravno ogrevanje pa za delovanje ne potrebujejo dodatne energije in snovi za prenos toplote. Sončno toploto spremenimo v toploto za ogrevanje stavb z elementi, ki so vključeni v konstrukcijski ovoj stavbe: okna, sončni zidovi, stekleniki.

Proizvodnja elektrike in procesne toplote je možna le z visoko koncentracijo sončnega sevanja. Za to uporabljamo velika in optično kvalitetna draga zrcala; z visoko koncentracijo sončnega sevanja lahko dosežemo temperaturo, ki je enaka temperaturi površine Sonca (5780 K). 2.2 ENERGIJA BIOMASE

Biomasa je naravna snov, proizvedena s fotosintezo, ki je eden najpomembnejših naravnih procesov pretvorbe sončne energije. S fotosintezo nastalo biomaso lahko predelamo v trda, tekoča ali plinasta goriva, v katerih je dolgotrajno shranjena kemična energija, ki jo nato sprostimo v poljubnem trenutku. Torej je biomasa, poleg toplotne energije v oceanih, edini naravni toplotni hranilnik sončne energije. Ocenjujejo, da je zgornja meja učinkovitosti fotosinteze okoli 7 odstotkov. Glede na možnosti pretvorbe biomase v različna goriva, biomaso delimo na »tradicionalno« ali lesno in »novo« ali biomaso iz rastlinskih, lesnih, živalskih odpadkov. Včasih v to kategorijo uvrščamo tudi komunalne odpadke. Za neposredno uporabo in predelavo biomase v goriva so poznane številne tehnologije. Razdelimo jih v tri skupine: sežiganje, biološka pretvorba in toplotno-kemična pretvorba.

Sežiganje

Neposredno sežiganje je postopek, ko gorljive snovi v biomasi oksidirajo v CO2 in vodno paro ter oddajo pri tem toploto. Za sežiganje je primerna biomasa z nizko vsebnostjo vlage. To je danes najpomembnejši način uporabe biomase v energetske namene.

3

Biološka pretvorba

Naravni postopki, ki jih opravljajo bakterije, kvasovke ali encimi v različnih organskih snoveh pri različnih temperaturnih in oksidacijskih pogojih so:

- anaerobno vrenje, - fermentacija, - kompostiranje.

Toplotno kemična pretvorba

Toplotno-kemična pretvorba temelji na procesih nepopolnega zgorevanj, pri katerem Proces kontinuiramo s temperaturo, velikostjo delcev in atmosfero, v kateri poteka nepopolno zgorevanje:

- piroliza,

- utekočinjenje,

- uplinjenje.

2.3 ENERGIJA VETRA

V troposferi je mnogo majhnih lokalnih vrtincev, ki merijo desetine kilometrov, pa tudi velika področja nizkega in visokega zračnega tlaka ali cikloni in anticikloni. Spodnja plast teh prehodnih pojavov se giblje kot posledica segrevanja zraka in vrtenja Zemlje. Tako nastajajo vetrovi. (Medved S., Novak P., 2000)

Ekološki vidik postavitve in delovanja vetrnic

Vetrnice morajo v okolju, v katerem delujejo, izpolnjevati vsaj naslednje okoljske zahteve: - ne smejo ogrožati okolja; zaradi majhnega potrebnega prostora za postavitev vetrnic je

vpliv na rastlinstvo zelo majhen, toda vetrnica je nevarna pticam zaradi možnih trkov ter zmanjšanja njihovega življenjskega prostora.; študije so sicer pokazale, da je možnost trkov podnevi zanemarljiva, toda kljub temu so potrebne ornitološke študije pred odločitvijo o postavitvi vetrnice;

- vetrnice morajo biti odporne na visoke hitrosti in sunke vetra, saj odtrgani listi rotorja lahko jadrajo tudi več sto metrov daleč;

- zračna vodna para ne sme zmrzovati na listih rotorja, saj so leteči deli odlomljenega ledu nevarni;

- hrup, ki ga povzroča vrtinčenje zraka oziroma listi rotorja (aerodinamični hrup) ter ostali mehanski sklopi vetrnice (mehanski hrup), ne sme presegati motečega nivoja na izbrani oddaljenosti; hrup, ki ga povzročajo vetrnice, je najbolj moteč pri nižjih hitrostih vetra, saj je tedaj hrup ozadja nizek; nastajanje aerodinamičnega hrupa zmanjšamo z zasnovo listov in njihovega vrha (tu nastajajo vzdolžni vrtinci), širjenje mehanskega hrupa z zvočno izolacijo strojnice; na Švedskem je dovoljena jakost hrupa 45 dB na oddaljenosti 400 m od vetrnice ali pri najbližji zgradbi; v Nemčiji so izdelali sistem subvencij graditeljem vetrnic glede na površino okolice vetrnice, kjer jakost hrupa presega 45 dB;

- ne smejo onesnaževati okolja z oljem za mazanje iz multiplikatorja pri okvarah in

4

poškodbah (velike sodobne vetrnice imajo v multiplikatorju nekaj sto litrov olja); - vetrnic ne postavljamo med oddajnike in sprejemnike elektromagnetnih signalov, kajti

stolp in vrteči rotor povzroča razpršitev elektromagnetnih valovanj; - pred izgradnjo je potrebno z računalniškim vizualizacijskimi tehnikami analizerati vpliv

vetrnice in vrtenje rotarja na izgled pokrajine.

Polje vetrnic na morju blizu Videby-a (DK)

Postavitev veternic na morju (ang. Off-shore) ima kar nekaj prednosti v primerjavi s postavitvijo vetrnic na kopnem:

- potencial vetra na odprtem morju je večji; - razpoložljive površine za postavitev vetrnic so ogromne, saj razen pomorskih poti,

cevovodov in komunikacijskih vodov ni drugih ovir; - vetrnice so lahko hitro tekoče, saj posebnih zahtev o hrupnosti na odprtem morju

ni. Tako se lahko obodna hitrost vrha listov, ki je zaradi jakosti hrupa na kopnem omejena na 65 do 70 m/s lahko poveča na 120 m/s.

2.4 GEOTERMALNA ENERGIJA Toplota, ki je uskladišena v Zemljini notranjosti imenujemo geotermalna energija. Nastala je predvsem iz gravitacijske energije, katere del se je v času oblikovanja delcev v zemeljsko oblo pred okoli 4,5 miljardami let spremenil v začeteno toplotno energijo. Do nadavnega so menili, da je vir geotermalne energije le shranjena toplota, toda danes je znano, da je poleg shranjene toplote drugi glavni vir radiogena toplota. Ta nastaja ob razpadu naravnih radioaktivnih izotopov z dolgo razpolovilno dobo predvsem urana, torija in kalija. Ocenjuje se, da se je do sedaj na tak način sprostilo približno 1/3 toplote, 2/3 pa jo bo z radioaktivnim razpadom še nastalo. Geotermalno energijo lahko izkoriščamo na več načinov in sicer:

- vrelci vroče vode, - dvofazni vrelci (voda, para) - vrelci pare.

5

2.5 VODNA ENERGIJA

Voda je najpomembnejši obnovljivi vir energije in kar 21,6 odstotkov vse električne energije na svetuje proizvedeno z izkoriščanjem energije vode oziroma hidroenergije.

Tehnologije

Pretvorba hidroenergije v električno energijo poteka v hidroelektrarnah. Z izjemo starih mlinov, ki jih poganja teža vode, izkoriščajo moderne hidroelektrarne kinetično energijo vode, ki jo le ta pridobi s padcem. Količina pridobljene energije je odvisna tako od količine vode kot od višinske razlike vodnega padca. Glede na to razlikujemo različne tipe hidroelektrarn:

• pretočne elektrarne, • akumulacijske elektrarne, • pretočno-akumulacijske elektrarne.

Pretočne hidroelektrarne

Pretočne hidroelektrarne izkoriščajo veliko količino vode, ki ima relativno majhen padec. Reko se zajezi, ne ustvarja pa se zaloge vode. Slabost teh hidroelektrarn je, da sta proizvedena energija in oddana moč odvisni od pretoka, ki pa skozi leto niha. Pretočna elektrarna lahko stoji samostojno ali pa v verigi več elektrarn.

Akumulacijske hidroelektrarne

Akumulacijske hidroelektrarne izkoriščajo manjše količine vode, ki pa ima velik višinski padec. Pri teh elektrarnah se akumulira voda z nasipi ali pa s poplavitvijo dolin in sotesk. Vodo se shrani zato, da imamo določen pretok, tudi ko je vode manj. Te elektrarne so nenamenske, saj velikokrat služijo tudi oskrbi z vodo, namakanju itd.

Pretočno-akumulacijske hidroelektrarne pretočno-akumulacijske hidroelektrarne so kombinacija zgoraj omenjenih. Gradijo se v verigi, v kateri ima le prva elektrarna akumulacijsko jezero. Te elektrarne zbirajo vodo navadno krajši čas, medtem ko zbirajo akumulacijske elektrarne vodo daljše obdobje. Kateri nači izrabe hidropotenciala je pravi, je odvisno od več dejavnikov, predvsem lastnosti vodotoka. Najpomembnejša sta dva:

• pretočna količina in • višinski padec vode.

6

Glavni del hidroelektrarne je turbina. Obstaja več vrst turbin, ki so primerne za različne vodotoke. Vodo dovajamo v turbine, te poganjajo generator, ki pretvarja hidroenergijo v električno, (www.prihodnostjeobnovljiva.org)

Majhne hidroelektrarne

Poleg različnih tipov ločimo hidroelektrarne tudi po velikosti. Male hidroelektrarne so manjši objekti postavljeni na manjših vodotokih. V svetu so različni kriteriji, kdaj neko hidroelektrarno štejemo za malo. Zgornja meja moči za definicijo MHE se sicer razlikuje od države do države (1,5 do 25 MW), vendar se v zadnjem času uveljavlja 10 MW, kot splošno priznana meja, ki jo uporablja tudi Evropsko združenje za male hidroelektrarne (ESHA;European Small Hydropower Association). MHE ni zgolj pomanjšana različica običajne velike vodne elektrarne. Potrebna je posebna oprema, ki zagotavlja izpolnjevanje osnovnih zahtev: enostavnosti, visokega izkoristka, maksimalne zanesljivosti in preprostega vzdrževanja tudi za nestrokovnjake. Osnovni pogoj za izrabo vodne energije je ustrezen umetno ustvarjen vodni tlak, na primer z nivoja zajezitve do mesta turbine, med katerima vodi tlačni cevovod. Pri MHE pa gre načelno za prosti vodni tok reke, pri katerem izgradnja večjih jezov in rezervoarjev ni potrebna. Tudi v Sloveniji štejemo za male hidroelektrarne tiste, ki imajo moč do 10 MW. V Evropi trenutno obratuje več kot 17400 MHE.

Male hidroelektrarne so lahko:

o povezane in oddajajo energijo v javno omrežje ali

o samostojne in napajajo omejeno število porabnikov. Ker imajo velike hidroelektrarne ponavadi izjemno škodljive vplive tako na okolje kot tudi na družbo jih, čeprav so vodne, ponekod ne štejejo med obnovljive vire energije. V Sloveniji je v hidroelektrarnah proizvedeno 24,5 odstotkov vse proizvedene električne energije.

3 STANJE V SLOVENIJI Slovenija je na poti, da postane polnopravna članica Evropske skupnosti, zato bo mogla država sprejeti evropsko zakonodajo. Eden od dokumentov in obvez, ki so jih sprejeli tudi v evropski skupnosti je večja uporaba obnovljivih virov energije v Sloveniji (sončna energija, biomasa, geotermalna energija, veter in vodna energija), analize glavnih pogojev, ki omejujejo večjo uporabo obnovljivih virov ter ugotovitve glavnih okoljskih in drugih kriterijev, ki morajo biti izpolnjeni. Določiti je potrebno kratkoročne in dolgoročne aktivnosti na tem področju. Evropska skupnost je sprejela document energije za prihodnost –Bela knjiga za strategijo in akcijski plan, ki definera kot cilj podvojitev deleža obnovljivih virov energije v primarni energetski bilanci do leta 2010. Pričakuje se, da bodo posamezne evropske države določile lastne strategije na tem področju. Strategija učinkovite rabe in oskrbe Slovenije z energijo daje obnovljivim virom pomembno mesto. Slovenija je tudi podpisala Kyotski protokol, ki predvideva znižanje emisij CO2 za najmanj 5 odstotkov glede na leto 1990 do obdobja 2010-2012, in obnovljivi viri energije so pomemben instrument za dosego tega cilja. (www.ec.gc.ca/climate/kyoto.htm)

7

a) Sončna energija

Sonce je naravni fuzijski reaktor, v katerem se vodik spaja v helij. Energija, ki se sprošča se s sevanjem prenaša v vesolje in tudi na Zemljo. Sončno sevanje, ki pade na Slovenijo, je možno ovrednotiti z meritvami, ki potekajo v Sloveniji že vrsto- let. Med vsemi podatki je za določitev potenciala najpomembnejše sončno obsevanje. Sončno sevanje je neenakomerno in je zato tesno povezano s shranjevanjem toplotne energije. Povprečne dnevne vrednosti so prikazane v tabeli 1.

Tabela 1

KRAJ POVPREČNO DNEVNO SONČNO OBSEVANJE

Ajdovščina 3210Wh/m2dan

Brnik 2950 Wh/ m2dan

Novo mesto 3030 Wh/ m2dan

Koper 3400 Wh/ m2dan

Maribor 3010Wh/m2dan Ljubljana 2960 Wh/ m2dan

Sončno sevanje, ki ga sprejme element poljubno nagnjene in orientirane ploskve v določenem časovnem obdobju (uri, dnevu), pa se določi z različnimi računskimi metodami. Teoretični potencial v Sloveniji izračunamo glede na povprečno sončno obsevanje in površino Slovenije. V letu dni znaša:

Hglob,0=93700 PJ/a (peta joul/ar)

Znotraj tega teoretičnega potenciala lahko določimo nekatere omejitve. Zaradi naravnih danosti (gozdovi, polja, reke) lahko le del površine Slovenije pokrijemo s tehnološkimi napravami za pretvorbo sončne energije v druge oblike energije. Tako je potrbno izvzeti: površino gozdov, polj, cest, rek in jezer.

Tako se da oceniti teoretični potencial sončnega obsevanja na horizontalno površino, ki je na voljo v Sloveniji za izkoriščanje s tehnologijo za pretvorbo v toplotno in električno enrgijo:

Hglob,0=19200PJ/a (peta joul/ar) b) Energija vetra

Za ovrednotenje izkoristljivega potenciala energije vetra v Sloveniji je potrebno poznati hitrosti vetrov v posameznih lokacijah v Sloveniji. Na hidrometeorološkem zavodu Republike Slovenije že vrsto let opravljajo meritve veličin, potrebnih za vrednotenje potenciala vetrne energije. Večletno obdelani statistični podatki so nato podani v obliki »rože vetrov«, ki prikazuje povprečne hitrosti vetra za tipične nebesne smeri. Pomemben podatek za izkoriščanje energije vetra so tudi sunki vetra, katere ravno tako zasledujejo na hidrometeorološkem zavodu RS. Povprečne izmerjene hitrosti za predstavljene kraje so prikazane v tabeli 2.

8

9

Tabela 2

Kraj Povprečna hitrost

Ajdovščina 3,6 m/s

Brnik 1,7 m/s

Krško 2,1 m/s

Maribor 2,8 m/s

Portorož 4,5 m/s

Iz rezultatov vidimo, da je samo v Portorožu povprečna hitrost vetra v letu blizu vrednosti 5 m/s, ki je nekako potrebna za ekonomsko upravičeno izkoriščanje energije vetra. V ostalih primerih veter večinoma piha s povprečno hitrostjo, ki je manjša od te vrednosti. Teoretični potencial vetra lahko ocenimo glede na globalno dejstvo, da se le okoli 0,1 odstotka energije sončnega sevanja spremeni v kinetično energijo gibajočega zraka oziroma energijo vetra. Tako za Slovenijo velja ocena: E = 93,2 P J/a.

Za oceno potenciala energije vetra v Sloveniji je potrebno upoštevati še izkoristek vetrnic. Ker ni mogoče popolnoma zaustaviti gibanja zračnih mas, se lahko teoretični potencial oceni z upoštevanjem Betzovega koeficienta, to je maksimalen koeficient moči, ki je odvisen od vrste vetrnice: E = 55PJ/a.

Seveda gre pri tem za domnevo, ki ji je lahko relativno enostavno oporekati, saj je prav hitrost vetra lokalno najbolj pogojena.(M. Gerjevič, 1997)

c) Geotermalna energija

Geotermalna energija je energija, ki je uskladiščena v notranjosti Zemlje. Je zaostala toplota in tudi toplota, ki nastaja pri razpadu naravnih radioaktivnih izotopov v jedru. Toplota prehaja na površje s prevodom v kameninah in toplimi vrelci vode in pare. Sistematično geotermalno raziskovanje se je v Sloveniji začelo v letu 1982, usmerjeno v pridobivanje osnovnih geotermalnih parametrov, temperaturo mladih kamenin in njihovih gradientov, termalno prevodnost in koncentracijo radiogenih elementov v kameninah. Temperature v Sloveniji na globini 4000 metrov ne presegajo 200 °C , medtem ko se toplotni gradient znotraj širokega intervala spreminja od 10 °C/km do 70 °C/km. Geotermalni energetski potencial je največji v vzhodnem delu države.

Izkoriščanje geotermalne energije v Sloveniji je pogojeno s sestavo tal. Geološka in tektonska zgradba Slovenije je zapletena, kajti njeno ozemlje sestavlja pet različnih strukturnih enot: Panonski bazen,Vzhodne Alpe, Južne Alpe, mejni pas med Vzhodnimi in Južnimi Alpami in zunanji Dinaridi. Ker Slovenija leži na stičnem območju Alp, Dinaridov in panonskega bazena, sta gubanje in narivanje ustvarili tudi globoke prelome (tektonske) cone, ki so omogočile globinsko kroženje vode. Teoretično lahko ocenimo geotermalno energijo v Sloveniji kot obnovljiv vir energije, na podlagi podatkov, koliko toplote se na leto proizvede v Zemljinem jedru, in s primerjavo površine Slovenije in celotne površine Zemlje. Kot pri vetru velja tudi za geotermalno energijo, da lokalne razmere močno vplivajo na prehod toplote k površini. Vendar je

10

potrebno tudi ta vir obravnavati kot obnovljiv vir energije: Qt=19,6PJ/a.

Potencial geotermalne energije lahko določimo tudi na osnovi povprečne gostote toplotnega toka, ki skozi kamnine prehaja na površino zemlje; 30 do 100 mW/m2. Pri povprečni vrednosti gostote toplotnega toka je treba oceniti potencial 36 PJ/a.

d) Vodna energija Vodno energijo v Sloveniji predstavlja potencialna energija vseh rek. Ta potencial lahko vidimo v tabeli 3.

Tabela 3

Reka Moč (MW) Energija (GWh/a) Delež (%)

Drava 646 2969 j 38

Sava 920 3323 43

Soča 368 1057 14

Mura 75 400 5

Skupaj 2009 7749 100 Če to preračunamo v peta joule (PJ) dobimo: E = 27 PJ/a.

V okvir obnovljivih virov energije pa uvrščamo samo elektrarne z nominalno močjo pod 10.000 kW (male hidroelektrarne). Teoretični potencial malih hidroelektrarn je predstavljen v tabeli4.

Tabela 4

Razdelitev (kW) Celotna moč (kW) Energija (MWh)

210 0-36 20 700 123 000

250 37-125 19 500 85 000

320 126-1000 106 700 491 000

40 1001-10 000 105 100 416 000

Skupaj 0-10 000 252 000 1115 000

V peta joulih je to le:

E = 4,01 PJ/a.

11

4. ANALIZA GLAVNIH OMEJITEV

Pomembno dejstvo pri načrtovanju uvajanja posameznega obnovljivega vira energije je ocena njegove izkoriščenosti v sedanjem momentu. Tako za Evropsko Unijo velja, da je potencial malih hidroelektrarn že popolnoma izkoriščen. Za Slovenijo sta dva vira že presegla 40 odstotkov izrabe potenciala to sta MHE in biomasa, tako, da sta relativno blizu popolne ekonomske in tehnološke izkoriščenosti, ki je za naravne vire opredeljena, in sicer znaša okoli 80 odstotkov. Za potencial sončnega obsevanja so ugotovitve, da je na makro nivoju dobro poznan in da je dovolj enakomerno porazdeljen po celotni Sloveniji (giblje se v razponu od 1000 do 1300 kWh/m2letno). V Sloveniji je slabša opremljenost z natančnejšimi bazami podatkov (standardno meteorološko leto, ki vsebuje urne izmerjene vrednosti devetih meteoroloških parametrov, kjer so realnejše zajete specifičnosti posameznega kraja. Ravno tako so slabo razvite in nestandizirane metode za vrednotenje vpliva mikro ovir na potencial sončnega obsevanja. Pri potencialu energije vetra je ta vir slabo poznan oziroma ni raziskan v zadostni meri. Obstoječi podatki so lokalne narave, pridobljeni v večini primerov v krajših časovnih periodah od za statistično obdelavo nujnih podatkov. Zadnje raziskave vetra kažejo, da so tudi pri nas mogoče lokacije s povprečno hitrostjo vetra med 6-8 m/s, kar je primerna hitrost, pa tudi primerno trajanje za izkoriščanje z vetrnicami moči 1 MW s premerom 80m. Potencial trdne gozdne mase je dobro poznan, ravno tako potencial lesnih odpadkov. Pri potencialu trdne biomase je potrebno upoštevati, da je les glavna surovina v lesnopredelovalni industriji, torej se ne more celoten potencial porabiti v energetske namene ter tudi, da je les eden izmed izvoznih surovin naše države. Težje je dati oceno o predelavi energetskih rastlin in poljščin v energetske namene, še posebej zato, ker v taki obliki teh obnovljivih virov v Sloveniji še ne izkoriščamo v večjem obsegu in ker je težko dati oceno o primernem razmerju med klasičnim in energetskim kmetijstvom. Pri proizvodnji bioplina iz živalskih odpadkov je glavna omejitev potenciala gostota živali, saj je ekonomsko upravičeno izkoriščanje le na dovolj velikih farmah. Pri potencialu geotermalne energije je razhajanja v oceni tega potenciala, ki se pojavljajo v različnih virih in ki bi ga bilo v prihodnje smotrno poenotiti. Potencial je neenakomerno porazdeljen, kar je pomembno predvsem pri srednje in visokotemperaturnih aplikacijah, ki so vezana na izkoriščanje v večjih naseljih in mestih. Program aktivnosti in financiranja

Zastavljeni cilj povečanja deleža obnovljivih virov energije v Sloveniji bo dosežen do leta 2010 ob:

podvojeni uporabi trdne biomase; dodatnih 11 P J/a - 1 OP J/a toplote in 1 PJ/a elektrike,

podvojeni proizvodnji električne energije iz malih hidroelektrarn; dodatnih 1,1 PJ/a,

uvajanje bioetanola za dodajanje neosvinčenemu gorivu; s čimer bi nadomestili 2 PJ/a, kar predstavlja le 18 odstotkov potenciala glede na opuščene kmetijske površine v zadnjih letih,

uvajanje biodieselskega goriva; s čimer bi nadoknadili 0,3 PJ/a, kar predstavlja le 3-odstotno izkoriščenost opuščenih kmetijskih površin,

pridobivanju bioplina; okvirno 1 PJ/a, kar je 4 odstotke glede na ocenjen potencial živalske biomase,

potrojenem deležu geotermalne energije; dodatna 2PJ/a-l,7 PJ/a električne energije in 0,3 PJ/a toplote,

12

dodatnem izkoriščanju sončne energije; 0,5 PJ/a, kar je 100 odstotkov energije za pripravo tople sanitarne vode v vsako leto novo zgrajenih individualnih stavbah (5000 objektov na leto) in dodatnih in dodatnih 0,25 PJ/a za ogrevanje individualnih stavb in industrijskih objektov z nizko in srednje temperaturnimi solarnimi sistemi.

Glede na stopnjo izkoriščenosti posameznega potenciala sedaj in leta 2010 ne moremo pričakovati nadaljnjega povečevanja deleža malih hidroelektraren in trdne biomase, saj velja ocena, da je 80-odstotna izkoriščenost naravnega vira njegova ekonomsko upravičena zgornja meja. Ta ocena velja za obdobje po letu 2010, tako da lahko zaključimo, da bo nadaljnje povečevanje deležev obnovljivih virov energije v Sloveniji (in tudi v Evropi) potekalo v smeri uvajanja in razvijanja novih tehnologij ter izboljševanja obstoječih tehnologij. Glede na prikazane omejitve in možnosti posamezne države, vezane na povečevanje deleža obnovljivih virov, so se v Evropski Uniji uveljavili različni načini kratkoročnega in dolgoročnega finančnega spodbujanja povečevanja deleža energije iz obnovljivih virov energije:

subvencioniranje raziskav in razvoj a, subvencioniranje investicij skih vlaganj, zmanjševanje davčnih obveznosti, oprostitve davkov in davčne spodbude, uvajanje emisijskih davkov, posebni skladi, obveznost odkupa in zagotavljanje odkupne

cene, prostovoljno sprejemanje višje cene (green

pricing).

Ker Slovenija uvaža preko 70 odstotkov primarne energije, je program obnovljivih virov ena izmed možnosti za zmanjšanje energetske odvisnosti. Cilj, da bi do leta 2010 podvojili delež obnovljivih virov energije, je možen, vendar težko uresničljiv. Le to bo možno s sprejetjem ustrezne zakonodaje in finančnih mehanizmov. V tabeli 7 so predstavljeni okvirni izračuni sredstev, ki jih v ta namen potrebujemo.

Tabela 7

Biomasa 268 mio evr

male HE 86 000kWxll00evr/kW 95 mio evr

geot. energija 80 000kWe x 2000 evr/kW 185 mio evr

sončna energija 0,75 PJ/a (400 kWh/m2a) 130 mio evr

veter 15 000kWx800evr/kW 12 mio evr

skupaj 690 mio evr

V Slovenski valuti (tolar) je to 145 milijard sit. Vrednost je za obdobje desetih let. Torej potrebujemo zato na leto samo nekaj več kot 1 odstotek letnega proračuna Republike Slovenije. Učinki tega obdobja bodo omogočali učinkovitejšo in ceneno uporabo obnovljivih virov energije po leto 2010.

5 PRIMERJAVA EKONOMSKIH KAZALCEV RAZLIČNIH KVALIFICIRANIH ELEKTRARN (KE) Odkupne cene električne energije v letu 2005 za KE vrsta KE velikostni razred cena (SIT/kWh) premija (SIT/kWh) hidroelektrarne do vključno 1MW 14,75 6,75

nad 1MW do vključno 10 MW 14,23 6,23

KE na biomaso do vključno 1 MW 16,69 8,69 nad 1MW 16,17 8,17 vetrne KE do vključno 1 MW 14,55 6,55 nad 1 MW 14,05 6,05 geotermalne KE 14,05 6,05

sončne KE do vključno 36 kW 89,67 81,67

nad 36 kW 15,46 7,46

druge KE 28,97 20,97

Spodnji graf prikazuje primerjavo specifičnih stroškov invensticij na kW za sledeče kvalificirane elektrarne:

1. hidroelektrarne (MHE) 2. KE na biomaso 3. vetarne KE 4. geotermalne KE 5. sončne KE 6. druge kvalificirane elektrarne

Graf 1

Primerjava specifičnih investicij posameznih KE

0200.000400.000600.000800.000

1.000.0001.200.0001.400.0001.600.0001.800.000

MHE

KE na bi

omas

o

vetrn

e KE

geote

rmalne

KE

sonč

ne KE

druge

KE

SIT/

kW

do vključno 1 MW

nad 1 MW do 10 MW

do vključno 36 kW

nad 36 kW

13

Sončne kvalificirane elektrarne Najvišjo specifično investicijo imajo sončne KE. Zaradi visoke investicije in relativno nizke odkupne cene in majhne proizvodnje (1.000 ekvivalentnih polnih obratovalnih ur) imajo sončne elektrarne najdaljšo vračilno dobo . Sončne KE do 36kW na nivoju 19 let, večje od 36 kW pa nad 90 let. Vetrne kvalificirane elektrarne Vetrne elektrarne imajo nižje specifične investicije, vendar tudi nižjo proizvodnjo (2.000 ekvivalentnih polnih obratovalnih ur), vseeno pa dosegajo relativno kratke dobe vračila investicije. Druge KE V tabeli so bioplinske KE, ki s postopkom fermentacije iz živalskih odpadkov ali zelene biomase proizvajajo toploto in električno energijo. Bioplinske KE imajo kar visoke investicije. Za bioplinske elektrarne gre velikokrat za kombinacijo soproizvodnje električne energije in toplote, s tem se doseže visok obseg obratovanja. (5.000 ekvivalentnih polnih obratovalnih ur ali več) in ob relativno visoki ceni električne energije dosegajo razmeroma spremenljivo vračilno dobo.

Graf 2

Primerjava enostavnih vračilnih dob obratovanih KE

8,8 8,6 8,4

10,7

18,8

5,8

02468

101214161820

1

leta

MHE nad 1MW dovključno 10MWKE na biomaso nad1MWvetarne KE do vključno1MWgeotermalne KE

sončne KE do 36kW

druge KE (KE nabioplin) 330 kWe

Iz grafa 2je razvidno, da so za vse predstavljene KE so enostavne vračilne dobe invensticij, ob upoštevanju neizogibinih stroškov, na nivoju 9-10 let. Torej invensticije v energetske naprave so ekonomsko zanimive. Izjema so le sončne KE.

14

Pomemben kazalec za grobo primerjavo med različnimi KE, so tudi specifični letni prihodki v SIT/kW in specifični letni stroški, ki nastajajo ob obratovanju KE, ravno tako v SIT/kW.

Graf 3

Primerjava specifičnih letnih prihodkov in stroškov posameznih KE v SIT/kW

56.920

97.020

29.100

70.250

89.670

173.820

11.384

38.808

2.91014.050

4.484

52.146

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

180.000

200.000

1 2 3 4 5 6

SIT/

kW

specifični letni prihodekSIT/kWspecifični letni stroškiSIT/kW

1. MHE nad 1MW do vključno 10MW, 2. KE na biomaso nad 1 MW, 3. vetarne KE do vključno 1 kW, 4. geotermalne KE, 5. sončne KE do vključno 36 kW, 6. druge KE (bioplin) 330 kW

Na grafu 3 je predstavljen primer posamezne KE in sicer tisti, ki ima višjo odkupno ceno električne energije. Največ prihodkov prinaša soproizvodnja toplote in energije na bioplin ima pa tudi višje stroške obratovanja. Najboljše razmerje med prihodki in stroški imajo sončne in veterne elektrarne, sledijo MHE in geotermalne KE.

15

6 Zaključek V seminarski nalogi sem opisal obnovljive vire energije. Pri koriščanju OVE nastopa kar nekaj ovir, predvsem ovire v sedanjem življenskem prostoru. Pri uporabi hidroelektraren pride do zajezitve reke in s tem do spremembe v naravnem okolju, pri uporabi biomase do krčenja gozdov (deževni gozd), pri postavitvi veternic do škodljivih vplivov na ptice. Obnovljivi viri energije imajo nekaj negativnih vzrokov, vendar pozitivnih je veliko več. Zato bojo počasi OVE začeli prevladovati. Ker, če do teh sprememb ne bi, ne bo prihajalo, bo človeštvo v prihodnosti občutilo malomarnost in brezbrižnost svojih prejšnih generaciji v veliko večji meri, kot danes občutimo mi.

7 Viri in literatura 1. Medved S., Novak P., Varstvo okolja in obnovljivi viri energije. Ljubljana:

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo, 2000. Slika 1: stran 35, Slika 2 in 3: stran 180, Slika 4: stran 207 2. Gerjavič M.: Značilnosti vetra na Slovenskem, Hidrometeorološki zavod RS, 1997 3. Gorec M.: Obnovljivi viri energije, diplomska naloga. Ljubljana: Univerza v

Ljubljani, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, 2005 4. Intertnet: http://www.prihodnostjeobnovljiva.org/ http://www.fs.uni-lj.si/opet/knjiznica/sem_2003-10-03/katarina_vertin.pdf

16