Хидроенергетски објекти су величине од великих електрана, које снабдевају многе потрошаче електричном енергијом, до малих, па чак и „микро“ електрана, којима управљају појединци за сопствене енергетске потребе или за продају електричне енергије енергетским компанијама.
Према важећим правилима се у хидроелектране рачунају производни капацитети већих снага од 10 MW. Мање снаге се категоризују у минихидроелектране (од 100 kW до 10 MW) и микрохидроелектране (до 100 kW). Према Закону о енергетици од 2011. године хидроелектране снага испод 30 MW се сматрају повлашћеним произвођачима електричне енергије.
Колико се хидроелектрична енергија користи широм света?
Хидроелектрична енергија је најчешће коришћени обновљиви извор електричне енергије. Кина је највећи произвођач хидроелектричне енергије. Други највећи произвођачи хидроенергије широм света су Сједињене Државе, Бразил, Канада, Индија и Русија. Отприлике 71 посто све обновљиве електричне енергије произведене на Земљи је из хидроенергије.
Која је највећа хидроелектрана на свету?
Брана Три клисуре у Кини, која задржава реку Јангце, највећа је хидроелектрана на свету, у смислу производње електричне енергије. Брана је дуга 2.335 метара (7.660 стопа) и висока 185 метара (607 стопа) и има довољно генератора да произведе 22.500 мегавата енергије.
Регион западног Балкана има највећи преостали неискоришћени хидроенергетски потенцијал у Европи јер су његови речни сливови углавном остали неразвијени. .
Србија има највећи инсталирани хидроенергетски капацитет у региону, са око 2.835 МВ . Преко две трећине овог капацитета концентрисано је у близини границе са Румунијом, где се налазе станице Гвоздена капија 1 и 2 (2.116 МВ односно 540 МВ), које се подједнако деле са Румунијом.
Хидроелектрична енергија је облик енергије који користи снагу воде у кретању — као што је вода која тече преко водопада — за производњу електричне енергије. Људи су користили ову сангу воде миленијумима. Пре више од две хиљаде година, људи у старој Грчкој су користили текућу воду да би покретали точак свог млина како би могли да самељу пшеницу у брашно.
Хидроенергија је постала извор електричне енергије крајем 19. века, неколико деценија након што је британско-амерички инжењер Џејмс Френсис развио прву модерну водену турбину. Године 1882. прва хидроелектрана на свету почела је да ради у Сједињеним Државама дуж реке Фокс у Еплтону, Висконсин
Хидроенергија је 2021 године била највећи извор укупне годишње производње обновљиве електричне енергије у Свету. У нашој земљи се више од једног века водотокови користе за производњу електричне енергије. Још давне 1900. године почела је са радом Хидроелектрана „Под градом” у Ужицу на Ђетињи, прва електрана у Србији заснована на Теслиним принципима наизменичне струје, и то само четири године након почетка рада хидроелектране на Нијагари. Ова електрана и дансас производи електричну енергију. Хидроенергија је обновљиви извор енергије који је један од комерцијално најразвијенијих. Постоји неколико типова ових електрана : акумулационе, проточне и реверзибилно – акумулационе. Неке хидроелектране користе бране, а неке не. Остале бране се користе за рекреацију, рибњаке са, контролу поплава, водоснабдевање и наводњавање. Хидроелектране могу различитих величина од малих система погодних за једну кућу или село до великих хидроелектрана које напајају читаве градове.
Акумулационе хидроелектране
Акумулационе хидроелектране, користе погодну конфигурацију тла за преграђивање водотока тј заустављање тока браном, што доводи до стварања великог акумулационог језера узводно од бране које садржи велике количине воде. Ово представља енергетски резервоар, али се може користити и за друге намене (наводњавање, риболов итд.). Ниво воде у акумулационом језеру зависи од много фактора и постоје велике годишње варијације у количини дотока воде. Акумулација има потенцијалну енергију која је резултат висинске разлике између горњег нивоа језера и тачке монтаже турбина и генератора, која се претвара у кинетичку енергију воде која покреће лопатице турбине. Вода се из акумулационог језера може пустити да би се задовољиле променљиве потребе за електричном енергијом или друге потребе, као што су контрола поплава, рекреација, пролаз риба и друге потребе животне средине и квалитета воде.
Проточне хидроелектране
Проточне хидроелектране су јединствене јер не користи брану. Уместо тога, користе низ канала или цеви да би се искористио природни пад надморске висине речног корита за производњу енергије и да каналишу текућу речну воду ка турбинама које напајају генераторе. Цевовод је затворена цев која каналише ток воде до турбина са протоком воде регулисаним капијама, вентилима и турбинама. У задњих пар деценија започет је развој такозваних потапајућих хидроелектрана. Код ових електрана се турбине постављају испод површине речног тока и користе брзину воденог тока за генерисање електричне енергије.
Хидроелектрана Ђердап је систем од једне бранске и једне речне-проточне хидроелектране, „Ђердап I“ и „Ђердап II“, које су изграђене на реци Дунав на изласку из Ђердапске клисуре, на српско-румунској граници, тако да припада Србији и Румунији.
Реверзибилне хидроелектране
Реверзибилна хидроелектрана је по конструкцији слична акумулационој хидроелектрани, али има велике пумпе које враћају воду која протекне кроз брану у акумулационо језеро у временима мање потрошње електричне енергије и на тај начин чувају акумулациони потенцијал језера (ради као џиновска батерија). На овај начин се у ствари може складиштити електрична енергија произведена из других извора енергије, попут сунца, ветра или нуклеарне енергије, за каснију употребу. Ови објекти складиште енергију пумпањем воде из резервоара на нижој надморској висини у резервоар на вишој надморској висини. Када је потражња за електричном енергијом мала, објекат складишти енергију пумпањем воде из доњег резервоара у горњи резервоар. Током периода велике потражње за електричном енергијом, вода се пушта назад у доњи резервоар и окреће турбину, стварајући електричну енергију.
Ове електране служе и за балансирање производње и потрошње у електричној мрежи. Реверзибилна хидроелектрана РХЕ „Бајина Башта“ изграђена је у саставу ХЕ „Бајина Башта“ састоји се од доњег резервоара (постојећи резервоар ХЕ „Бајина Башта“), напојно-одводног система, два реверзибилна агрегата од по 307 MW, горњим резервоарима и бранама. Максимална снага електране у генераторском режиму је 614 MW, са просечном годишњом производњом од око 800 милиона до милијарду киловат сати електричне енергије. Максимална улазна снага у пумпном режиму је 620 MW.
Прве познате практичне електране на ветар изграђене су у Персији (данас Ирану) 7. веку. По конструкцији то су биле ветрењаче са вертикалном осовином, које су имале дугачка вертикална погонска вратила са правоугаоним лопатицама,са шест до дванаест једара прекривених простирком од трске или тканином. Ове ветрењаче су коришћене за млевење житарица и шећерне трске или извлачење воде.
Енергија ветра се први пут појавила у Европи током средњег века. Први историјски записи о њиховој употреби у Енглеској датирају из 11. и 12. века; постоје извештаји да су немачки крсташи однели своје вештине прављења ветрењача у Сирију око 1190. године. До 14. века, холандске ветрењаче су се користиле за одводњавање подручја делте Рајне.
Прва турбина на ветар за производњу електричне енергије била је машина за пуњење батерија коју је у јулу 1887. инсталирао шкотски академик Џејмс Блајт да осветли своју викендицу у Марикирку у Шкотској.
У Данској је до 1900. године било око 2500 ветрењача за механичка оптерећења као што су пумпе и млинови. У време Првог светског рата, амерички произвођачи ветрењача су производили 100.000 фармских ветрењача сваке године, углавном за пумпање воде. И дан данас се ове ветрењаче могу видети у појединим деловима Америке
Већ 30-тих, година прошлог века ветрогенератори за електричну енергију били су уобичајена појава на фармама, углавном у деловима САД где дистрибутивна мрежа још није била развијена.
Претеча модерних ветрогенератора хоризонталне осе био је у употреби на Јалти, СССР 1931. Ово је био генератор од 100 kV на торњу од 30 метара, повезан са локалним 6,3 kV дистрибутивним системом. Ефикасност овог ветрогенератора била је чак 32%, што се не разликује много од садашњих машина за ветар.
1941. године, у САД прва турбина од 1 MV повезана је дистрибутивном мрежом у Вермонту.
Шта је енергија ветра?
Ако сте икада пуштали змаја или једрили чамац, знаћете да ветар има много снаге. Наравно, коришћење снаге ветра није ништа ново – ветрењаче се користе широм света за млевење брашна или погон машина стотинама година. А чамци на ветар постоје миленијумима.
Ветар је богат извор чисте енергије.
Ветар је врста сунчеве енергије.
Појава ветра је узрокована неравномерним загревањем атмосфере од стране сунчевих зрака, разликама у температури земљине површине и атмосфере и ротацијом земље. Услед свих ових фактора настаје кретање које називамо ваздушно струјање тј ветар. Ветротурбина може да прикупи струју ветра за производњу електричне енергије. Нису све јачине ветра одговарајуће за рад ветротурбина.. Ветроелектране су све присутнији призор у Србији, али и даље енергија ветра у малој мери доприноси укупном енергетском билансу наше земље.
Како функционише енергија ветра?
Ветротурбина је уређај који претвара кинетичку енергију ветра у електричну енергију. Оне покрећу ротор генератора и тада се у генератору механичка енергија претвара у електричну енергију, која се користи за напајање електричних уређаја.
Да би се искористила електрична енергија из енергије ветра потребне су ветро турбине које погоне генераторе а који затим електричну енергију напајају у дистрибутивну мрежу.
Поред великих ветро генератора постоје и мање ветротурбине које се могу користити у домаћинствима али само у off-grid инсталацији.
Ветроелектране се могу изградити брже од било које друге врсте електране. Просечно време за склапање ветропарка који може да произведе 50 МВ енергије је само 6 месеци
Колико је ефикасна енергија ветра?
Ефикасност ветрогенератора зависи од ветротурбине и креће се око 30-45% повећавајући се на 50% током времена највећег ветра. Ако би ветротурбине биле 100% ефикасне, ветар би у потпуности нестао након проласка кроз њу. Животни век ветротурбина је око 20 година уз редовно шестомесечно одржавање.
Шта је турбина на ветар?
Ветротурбина је једноставно супротност вентилатору. Уместо да користе електричну енергију за стварање ветра, оне користе ветар за стварање електричне енергије.
Ветротурбине се покрећу када на њихове лопатице наиђе ветар и оне се при ветровима већим од 12-15km/h почињу вртети. Ово кретање окреће ротор, који окреће генератор, ово кретање ствара кинетичку енергију, која се затим користи за стварање електричне енергије. Оптималан брзина ветра за производњу електричне енергије је од 50-60 km/h. На брзинама преко 80-90 km/h се зауставља кретање лопатица ветрогенератора помоћу кочнице.
Стотине хиљада великих турбина, у инсталацијама познатим као ветроелектране, данас генеришу преко 837 гигавата снаге, са 90 GW додатих сваке године. Ветротурбине су све важнији извор обновљиве енергије и користе се у многим земљама за смањење трошкова енергије и зависности од фосилних горива. Предност овог извора енергије у односу на сунчеву је и у чињеници да ветар дува и ноћу када нема сунца. Мање турбине на ветар се користе за пуњење батерија, помоћно напајање за чамце или камп приколице и за напајање саобраћајних знакова… Веће турбине могу допринети снабдевању електричном енергијом домаћинства док продају неискоришћену енергију назад добављачу комуналних услуга преко електричне мреже.
Негативне особине ових извора електричне енергије су бука и вибрације а могу имати и значајан визуелни утицај. Бука може настати од од лопатица турбине, мењача (ако се користи) и четкица, као и од ветра који се креће поред торња и жица. У случају инсталације мини ветротурбине на стамбеном објекту бука и визуелни утицај могу представљати велики проблем са околни станарима, а вибрације које настају услед окретања лопатица ветротурбине могу бити проблем посебно ако се турбина налази на крову.
Избор најбољег места
Као и код многих природних извора енергије, они су ретко 100% присутни. Ветар може да ослаби или да дува прејако – ништа од овога није добро за ветротурбине. Стога је кључно пронаћи право место где је јачина ветра што је могуће предвидљивија.
На ветар утиче пејзаж: брда, долине, шуме и зграде. Све ово одбија и мења доступну снагу тако да су равне, високе и непрекидне локације најбоље за ветротурбине. Зато постоји много ветроелектрана на мору и на врховима брда.
Делови земље које имају равне пејзаже као што је Војводина су добре локације за ветроелектране јер постоји врло мало тога што би могло да прекине ток ветра.
Предности производње електричне енергије из ветра:
Било да се ради о он-грид или оф-грид систему инсталација соларне електране се заснива се првенствено на соларним панелима који се најчешће постављају на кровове објеката како би прикупљали сунчеве зраке и потом их претварали у електричну енергију. Читав процес се одвија у фотонапонским ћелијама скривеним под стакленим параванима панела, а струја која се добија је једносмерна, (DC) коју је потом неопходно претворити у наизменичну (AC) која је погодна за функционисање наших кућних апарата и за даљу предају дистрибутивном систему. Пројектовање соларне електране почиње одређивањем потреба за електричном енергијом у вашем домаћинству, и она се пројектује на основама укупне годишње потрошње тј на основу потрошње у претходних 12 месеци. Значи довољно је да поделимо годишњу потрошњу са 1200х и добијамо потребну снагу електране у киловатима кW. На примеру ако трошите 6000кWх месечно то изгледа овако: 6000 кWх / 1200 = 5 кW Значи, за 6000 кWх вам је потребна соларна електрана од око 5 кW како бисте задовољили своје потребе за електричном енергијом. Називна снага појединачног панела је 270 W до 340 W тако да нам у случају потрошње еелектричне ненергије као што смо горе навели треба 18 односно 15 панела. Димензије панела су од 1,5м2 до 2 м2 што значи дан је потребно око 30 м2 крова. Приближна цена коштања уређаја за соларну електрану је око 1200 евра по 1 кW инсталисане снаге са уградњом. Тако да би вам за ову соларну електрану било потребно око 6000 еура.
Поред соларних панела потребни су нам следећи уређају како би наш фотонапонски систем – соларна електрана био функционалан:
Инвертер
Инвертер, или претварач струје како га код нас такође зову, незаобилазна је ставка било да је реч о он-грид или офф-грид систему. Овај уређај је задужен за конвертовање једносмерне струје у наизменичну струју, које је неопходно будући да готово сви потрошачи електричне енергије функционишу искључиво на бази наизменичне струје. Сам инвертер поставља се у близини соларних панела, такође као спољна јединица, али будући да може да ствара извесну количину буке препоручљиво је лоцирати га даље од прозора, на бочни зид објекта.
Мерни орман
Мерни орман је место где се налази уређај (двосмерно бројило) за мерење протока електричне енергије – самосталне потрошње и испоручивања електричне енергије у електродистрибутивни систем. Приликом изградње соларне електране, потребно је заменити једносмерно у двосмерно бројило, с обзиром на то да ће, са почетком рада електране, и струја почети да „тече“ у два правца. Трошкове замене бројила сноси власник електране. Поред мерне опреме, у овај орман је смештена и заштитна опрема која обезбеђује да уколико дође до поремећаја рада соларне електране, систем буде аутоматски искључен са електродистрибутивне мреже, како не би настала оштећења на инфраструктури.
Батерија
Код он-грид система уобичајено је да соларна инсталација не подразумева уградњу батерија. За разлико од њих, код офф-грид конструкција овај елемент је обавезан. Батерија омогућава складиштење произведене електричне енергије за касније потребе, како бисте током ноћи, или када сунчева светлост није довољно (услед облачности и лошег времена) имали довољно струје за све или бар већину елементарних потреба. Оно што је кључно код овог елемента је добро димензионисати потребне батерије сходно потребама потрошача али и одредит одговарајући напон спрам спецификације инвертера као и просечан животни век батерије.
Контролер
Контролер је механизам соларног система који прати ток електричне енергије до батерије. Саветује се да систем који се налази на батерији увек иде руку под руку са контолером како би овај елемент спречио потенцијално стварање штете прекомерним пуњењем. Контролер ће заправо продужити животни век вашој батерији која представља један од најскупљих делова сваке соларне инсталације, и омогућити њену правилну и одмерену употребу. За разлику од некадашњих контролера ови модерни који су данас доступни на соларном тржишту у знатној мери су унапређени како би били имуни и отпорни на екстремне временске прилике.
У осталу опрему спадају: додатни уређаји, прекидачи, склопке, каблови, потконструкције…
Зашто се батерије користе у неким фотонапонским системима?
Батерије се често користе у фотонапонским системима у сврху складиштења енергије коју производи фотонапонски низ током дана, и за снабдевање електричним оптерећењима по потреби (током ноћи и у периодима облачног времена). Други разлози због којих се батерије користе у фотонапонским системима су да раде са фотонапонским низом близу тачке његове максималне снаге, да напајају електрична оптерећења стабилним напонима и да обезбеђују струју пренапона електричних оптерећења и инверторе. У већини случајева, контролер пуњења батерије се користи у овим системима да заштити батерију од прекомерног пуњења и прекомерног пражњења.
Приликом постављања соларних панела на кров ваше куће потрбно је водити рачуна о орјентацији крова на који постављамо ове панела. У идеалном случају, потребан вам је кров окренут према југу или југозападу. Само кровови окренути према северу нису погодни за ове инсталацје . Исправност и стабилност крова и кровне конструкције је основни предуслов за постављање соларних панела. За одабир одговарајућих фотонапонских панела неопходно је и да знате површину вашег крова – расположиву површину за постављање панела. . У Србији се, у зависности од географске локације, соларни панели позиционирају под углом од 34 до 35° у односу на хоризонталну раван.
За изградњу производног објекта није потребно прибављање одобрења или дозвола за извођење радова на постављању соларног постројења инсталисане снаге до нивоа одобрене снаге прикључка, односно до 10,8 кW.
Обновљиви извори енергије су на првом месту извори енергије којих су све присутни, има их у изобиљу и могу се обновити без утицаја човека. Генерално гледано то су извори који се допуњују већом брзином него што се троше и има их у свуда око нас на као што су: водотоци, биомаса,ветар, сунце, биогас, депонијски гас, гас из постројења за пречишћавање отпадних вода и извори геотермалне енергије.. Кроз историју човечанства бројни су примери употребе ова четири изора енергије. Најпре се користила енергија сунца. Стари Египћани су први људи за које се зна да су користили соларну енергију у великим размерама за грејање својих домова. Они су градили своје стамбене објекте тако да чувају сунчеву топлоту у зидовима зграда током дана, а та енергија би се затим ослобађала након што сунце зађе. На тај начин су успевали да регулишу температуру у кући током хладних пустињских ноћи. Сунчева енергија се користила и за загревање воде а затим и као и за паљење ватре.
Још пре почетка нове ере људи су хидроенергију користили за млевење жита. Први записи о воденицама потичу из I века пре н.е. од стране Антипате из Солуна. Воденице су биле уобичајен призор у Европи до почетка индустријске револуције, а у Србији су биле честе све до краја 60-тих прошлог века. Примена хидро енергије је била посебно распрострањена Римском царству почетком нове ере. Већ у 3 веку нове ере стари римљани су користили хидроенергију за сечење мермера (Пилана Хијераполис , у Малој Азији), а након тога се хидроенергија користила и за обраду дрвета. Енергија ветра се још од Феничана користи за погон бродова, а поморски саобраћај је све до индустријске револуције био незамислив без „доброг“ ветра. Ветар се, као и вода, дуго користио и за млевење жита у за то посебно направљеним ветрењачама a које су у 18 веку красиле Војводину.
Енергија биомасе је у многоме зависна од осталих извора енергије и представља извор кога нема у изобиљу али се ипак сматра обновљивим извором енергије између осталог и због свог утицаја на природну средину. Производња топлотне или електричне енергије коришћењем ових извора назива се зелена енергија.
Фосилна горива – угаљ, нафта и природни гас – су, с друге стране, необновљиви ресурси за које су потребне стотине милиона година да се формирају. Да би из фосилних горива добили електричну или механичку енергију неопходно је извршити њихово сагоревање. Тим сагоревањем се испуштају штетне емисије гасова стаклене баште. Ефекат стаклене баште планете Земље се ствара на сличан начин као у пластеницима и стакленицима када зраци видљивог и ултраљубичастог дела спектра продиру кроз стакло и загревају тло испод стакла, тло тада емитује инфрацрвено зрачење које не може да прође кроз стакло, и оно остаје унутра и самим тим тло постаје све топлије. Емисијом гасова у атмосферу, услед сагоревања фосилних горива, угљен-диоксид и други штетни гасови формирају омотач око Земље који омогућава топлоти да продре на површину, али не и да се врати у свемир. На овај начин површина Земље постаје све топлија, а температуре су сваке године све више.
Производња обновљиве енергије ствара далеко ниже емисије од сагоревања фосилних горива. Прелазак са фосилних горива, која тренутно чине највећи део емисија, на обновљиву енергију је кључна за решавање климатске кризе.
Обновљиви извори енергије су сада јефтинији у већини земаља и стварају три пута више радних места од фосилних горива.
Када чујете термин „алтернативна енергија“, то се обично односи и на обновљиве изворе енергије. То значи изворе енергије који су алтернатива најчешће коришћеним неодрживим изворима – попут угља.
Фотонапонске ћелије су електрично повезане у серију и/или паралелна кола да би произвеле веће напоне, струје и нивое снаге. Фотонапонски модули се састоје од кола фотонапонских ћелија заштићеним полиетиленском фолијом и основни су елементи фотонапонских система.
Фотонапонски панели укључују један или више фотонапонских модула састављених као претходно ожичена јединица која се може инсталирати на терену. Фотонапонски низ је комплетна јединица за производњу енергије, која се састоји од било ког броја фотонапонских модула и панела.
Перформансе фотонапонских модула и низова су генерално оцењене према њиховој максималној излазној једносмерној снази (вати) под стандардним условима испитивања (СТЦ). Стандардни услови испитивања дефинисани су радном температуром модула (ћелије) од 25о Ц , и нивоом упадног сунчевог зрачења од 1000 W/м2 и под спектралном дистрибуцијом ваздушне масе 1,5. Пошто ови услови нису увек типични за то како ПВ модули и низови раде на терену, стварни учинак је обично 85 до 90 процената.
Данашњи фотонапонски модули су изузетно безбедни и поуздани производи, са минималним стопама кварова и предвиђеним веком трајања од 20 до 30 година. Већина великих произвођача нуди гаранцију од 20 или више година за одржавање високог процента почетне номиналне излазне снаге. Када бирате ПВ модуле, потражите листу производа (УЛ), квалификационо тестирање и информације о гаранцији у спецификацијама произвођача модула.
