Tehnicki aspekti razvoja otoka sa 100% obnovljivim izvorima energije

TEHNIČKI ASPEKTI RAZVOJA OTOKA SA
100% OBNOVLJIVIM IZVORIMA ENERGIJE
dr.sc. Goran Krajačić, dipl. ing.
MEĐUNARODNA KONFERENCIJA O OTOCIMA SA
100% OBNOVLJIVIM IZVORIMA ENERGIJE

100% OBNOVLJIVA ENERGIJA NA
OTOCIMA – važnost uključivanja građana
kroz energetske zadruge
Krk, 18. 10. 2013.

Održivi razvoj

DRUŠTVO

OKOLIŠ

100% OBNOVLJIVA ENERGIJA NA OTOCIMA

2

Globalno zatopljenje


3

CO2 emisije  porast g.t. za 2 C, 4 C ili 6 C?

• CO2 emisije  porast g.t. za 2 C, 4 C ili
6 C?

IEA Energy Technology Perspectives 2012


4

Ekonomski se isplati, ali se ne radi?

IEA Energy Technology Perspectives


5

Udio OIE u bruto finalnoj potrošnji energije


6

Proizvodni kapaciteti u danskom elektroenergetskom sustavu

The Danish Energy Agency

7

Napredni sustavi daljinskog grijanja, Strandby, Danska


8

Napredni sustavi daljinskog grijanja, Danska


9

Hrvatski EES 2012.-2030.?


10

Energetsko klimatski paket 2008.

20-20-20 u 2020.
 20% udio obnovljivih izvora u bruto finalnoj
potrošnji energije
 20% smanjenje emisije CO2
 20% ušteda povećanjem energetske
učinkovitosti


11

New RES Directive


12

ŠTO ZNAČI 20-20-20? ZAŠTO?
1. Ušteda energije

Ušteda financijskih
sredstava

smanjenje
emisije
CO2;

2. Korištenje OIE

Lokalna radna
mjesta

učinkovito
korištenje
resursa;

3. Povlačenje
sredstava iz EU i
drugih
fondova/izvora

povećanje
sigurnosti
dobave
energije

Implementacija
projekata


13

OTOCI
EUROPSKA UNIJA
– više od 500 naseljenih otoka
– 6% teritorija EU
– 14 mil. stanovnika

HRVATSKA
– 1 185 otoka (718 otoka, 389 stijena i 78 grebena)
– 66 naseljenih, 50 tijekom cijele godine
– 5,8% kopnene površine, 3300 km2
~110 000 stanovnika

14

PROBLEMI OTOKA
• izolirani su
• mala tržišta
• viši troškovi za energiju, transport, komunikaciju
• problemi sa sigurnošću dobave
• zbog turizma, velika opterećenja na
elektroenergetski sustav, potrošnju vode, okoliš


15

HEP Vjesnik


16

PREDNOSTI OTOKA
• bogati su obnovljivim izvorima energije
• cijena električne energije konkurentna je
cijeni energije iz fosilnih goriva
• obnovljivi izvori su čišća tehnologija
• obnovljivi izvori su privlačni visoko
kvalitetnim turistima
• obnovljivi izvori zapošljavaju lokalno
stanovništvo

17

RESOURCES

TECHNOLOGIES

COMMODITIES

Solar panels

Sustainable
Community

Heat

Hydrogen
Cold

Solar
Hydrogen
Storage

Electricity

Biofuels

Fuel cell
Trigeneration

Biogas

Water

PV panels

Wind
turbines
Wind

Reversible
hydro p.p.

Esterification
Fermentation

Gasification Wave &
tidal

Desalination

Sea
Hydro
Fresh water

Geothermal p.p. Biomass p.p.

Geothermal
Biomass

Wastewater
treatment

Waste
Wastewater

CH4,

Energetski sustavi suvremenih gradova

H2

District heating

District cooling


19

1.

2.

MAPPING THE NEEDS
50

MAPPING THE RESOURCES

Load [kW]

[kWh/m2]
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

1000
40

800
30
[MW th]

600
400

20

200
10

0
0

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

0
1

501

1001

1501

2001

2501

3001

3501

4001

4501

5001

5501

6001

6501

7001

7501

8001

Hours

8501

Hours

3.
DEVISING SCENARIOS
with technologies that can use available
resources to cover needs

RenewIslands/ADEG
METHODOLOGY

3.

3.1
Feasibility of technologies

3.2
Feasibility of storage

3.3
Integration of flows
GRID SYSTEM

3.4
Devising the scenarios

ANALYSIS

Optimization
Constraints

Vmax=1.10

Ston
1.05

1.00

0.95

voltage in [p.u.] on 10 kV level

4.

Mapping the needs
Mapping the
resources
Devising scenaria
with technologies that
can use available
resources to cover
needs
Modelling and
evaluation of the
scenaria

Vmin=0.90

Relative loading of the lines and direction of active power flow on 110 kV level

4.

grid
25%

Technical
evaluation

Evaluation of
Security of supply

biomass
41%

grid
35%

biomass
75%

MODELLING
Intermittent potential [MWh]

1.
2.

Hours

fuel cell
24%

Economic
evaluation

1400
1200
1000
800

solar stored
wind stored
intermittent rejected
solar taken
wind taken

128,64
86,4
130,8
80,97
74,8
96,0
625,15

600
436,75

400
200
0
2005

267,9

2010

342,4

2015

Social
evaluation
Environmental
evaluation

Hourly average power load in 2002, the Island of Mljet

1200

load [kW]

1000
800
600
400
200
0
0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

hours


21

wind velocity [m/s]

35
30
25
20
15
10
5
0
0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

hours

Island of Mljet, 10 m height

22

Proizvodnja iz vjetroelektrana DU-NE županija
Završni rad Nikola Matak


23

Proizvodnja VE –mjerenja brzine vjetra na Smokovljanima


24

Solar radiation Mljet

[kWh/m2]
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Hours

Hourly average solar radiation in tilted
surface (36º), Mljet.

25

brzina vjetra [m/s]

30
25
20
15
10
5
0
0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

sati

kWh/m2

1,20
1,00
0,80

output, part of nominal power

H2RES MODEL v2.8

35

100%
80%
60%

Vestas 225

40%

WIND

20%

Vestas 660
Enercon 300
Fuhrlander FL30

0%

0

0,60

Developed by:

120%

5

10

0,40

15

wind velocity, m/s

0,20

20

25

30

GRID
1200

0

1000

2000

3000

4000

5000

sati

6000

7000

8000

opterećenje [kW]

0,00

SOLAR

1000
800
600
400
200
0
0

HYDRO

15

3000

4000

5000

6000

7000

kW t 20000
15000
10000
5000
0
1

472 943 1414 1885 2356 2827 3298 3769 4240 4711 5182 5653 6124 6595 7066 7537 8008 8479

10

0
1

493 985 1477 1969 2461 2953 3445 3937 4429 4921 5413 5905 6397 6889 7381 7873 8365

GEOTHERMAL

70

DESALINATION

60

vodikovo opterećenje
za transport, kW

5

50
40
30
20

10
0
0

1000

2000

3000

4000

5000

sati

BIOMASS
FOSSIL
FUELS

STORAGE
•
•
•
•

Hydrogen
Reversible hydro
Batteries
Heat


8000

sati

• Power
• Hydrogen
• Water
• Heat

Power period (T pow, s)

20

2000

LOAD

WAVE
25

1000

26

6000

7000

8000

9000

Stabilnost elektroenergetskog sustava
Glavni ciljevi regulacije EES-a
jalova snaga

“balansiranje jalove
snage”
stabilnost napona
(nivo napona +/- 10%)

proizvodnja

Sinkroniziran i povezan
elektroenergetski sustav

“balansiranje djelatne
snage”
stabilnost frekvencije
(50Hz)

potražnja za
jalovom snagom:
 opterećenja i
 prijenosni vodovi

djelatna snaga

potražnja snage

potražnja za
djelatnom
snagom

27

Problemi integracije intermitentnih izvora

STABILNOST
sekunde

Regulacija

BALANSIRANJE
minute - dani

Praćenje opterećenja


DOSTATNOST
mjeseci - godine

Planiranje pogona

28

kW 300

250

200

Load
Solar to Load

150

Grid

100

50

0
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

PV revolution – grid parity

MW

Problemi kod planiranja s intermitentnim OIE

opterećenje __ neto opterećenje

proizvodnja VE

proizvodnja PV i CSP

Harnessing Variable Renewables, IEA, 2011

32

Tehnička fleksibilnost elektrana (nordijska regija)

Harnessing Variable Renewables, IEA, 2011

33

(Source: H. Lund 2003, 2005)


34

(Source: H. Lund 2003, 2005)


35

(Source: H. Lund 2003, 2005)


36


37


38

Reverzibilne hidroelektrane


39

FAST METODA


40

Analiza EES otoka

Izvor: Vujčić, R., Barbir, F., Pilot postrojenje: Prvi korak u uvođenju vodikovog
energetskog sustava, XIV Znanstveni skup o energiji i zaštiti okoliša, Energija i
zaštita okoliša I, (1994) 511-518 (projekt "Vodikov energetski sustav za
priobalno područje“ MZT RH1992.-1994.)

41

Island of Losinj
graduation thesis - Boris Hemetek

• it is necessary to install 17520 kWt
or 21900 m2 in 2015
• 59200 kWt or 74000 m2 in 2025

Island of Losinj
graduation thesis - Boris Hemetek

WindSolar
100%+PTV
Oko 60% potrošnje je
pokriveno OIE, 53% u
2010 do 58% u 2025

Otok Unije
• Smješten u Kvarnerskom
zaljevu
• Površina otoka:16,77 km²
• Razvedena obala duljine 36
km
• Broj stanovnika: 88

• Ukupno kućanstava:47
• Ukupno stanbenih
jedinica:292
• Loša demografska slika
44

Anliza stanja na otoku – REA Kvarner

•
•
•
•
•
•
•
•

SWOT analiza
Renewislands metodologija
Obrada podataka iz ankete
Dobivanje krivulje satnog opterećenja
električne energije
Energetska bilanca otoka
Mogućnosti korištenja biomase te električnih
vozila
Desalinizacija
Mogući projekti na otoku

45

UNIJE ZADRUGA?

22%

Da
Ne
78%
Dijagram 1.

Proizvodnja električne energije u zadruzi


46

UNIJE


47

Scenariji energetskog razvoja
PTV, PV, EE Scenariji
Godina
Instalirani kapaciteti OIE
OIE u dobavi
PV paneli, kW Toplinski
kolektori,
kW

Električna
energija,
%

Toplinska
energija
za PTV, %

2011.

15,45

7,2

3

8

2020.

42,75

33

8

25

2030.

108,75

40

16

25

Postizanje “100% obnovljivog” otoka u 2030. godini:
- Instalirani kapacitet solarnih toplinskih kolektora: 192 kW
- Instalirani kapacitet toplinskih spremnka: 45 m³
- Instalirani kapacitet solarnih fotonaponskih panela: 3 MW
- Instalirani kapacitet baterija: 5 MWh


48

Unije - Scenariji energetskog razvoja

3.2. PV otok


49

Unije - scenariji energetskog razvoja
PV+vjetar
Godina

Instalirani kapaciteti OIE

Udio OIE u dobavi

PV paneli,
kW

Toplinski
kolektori,
kW

Vjetroagregati,
kW

Električna
Toplinska
energija, % energija
za PTV, %

2011.

27

26,4

0

6

25

2020.

42

33,6

50

12

25

2030.

67,5

33,6

150

19

21

- Instalirani kapacitet vjetroagregata. 500 kW

50

Scenariji energetskog razvoja
Master scenariji
- Obuhvaćeni svi projekti:
- PV postrojenje
- Zeleni hotel
- Kozarstvo, ovčarstvo, govedarstvo te maslinarstvo
- Desalinizacijsko postrojenje
Godina Instalirani kapaciteti OIE
PV
paneli,
kW

Vjetroagregati, Baterije,
kW
kWh

2011.

15,45

0

0

2020.

2042

0

5000

2030.

2640

3300

5000

51

Unije zaključak

- Otok je pogodan za iskorištenje OIE
- Volja otočana za razvojem
- Europski fondovi
- Razvoj turizma
- Novi stanovnici na otoku


52

Otok Mljet
Supplaying demand [GWh]

8
7
6

hydro
fuel cell
solar
wind
Diesel
grid

2,36

5
4

1,69

3

2,96

2 3,53

2,12

1

0,83

0
2006

1,18

2010

2015

53

Scenario 6

4 x 33 kW
2 x 300.5 kW

+

PV =14 100 m2
(1198.5 kW)

in 2010 it will be possible to satisfy 2.32 GWh of yearly electricity
needs or 50% of island's demand and in the same time it will be
possible to export 1.02 GWh of electricity to mainland grid.

Scenario 12

4 x 33 kW
3 x 300.5 kW

+

PV =92 000 m2

+ “renewable island” + 3.73 GWh
hydrogen technology in 2010 =100%
exported electricity

Cost of electricity (based on 10% discount rate and 20 years lifetime)
c€ / kWh

Feed-In Solar ( only 1 MW)

200

Feed-In Wind > 1 MW

180

Feed-In Wind < 1 MW

160
140

129,6

128,9

120

104,8

102,1

100
80

60,0

60

31,7

40
20

59,5

58,2

8,2

0
S2

S4

S6

S8

S10

S12


S14

S16

57

S18

100% OIE u EES otoka
Vmax=1.10

1.05

1.00

0.95

voltage in [p.u.] on 10 kV level

Ston

Vmin=0.90


Otok

Scenarij/godina

Mljet

100% RES 2015
100% RES (80% RES PTV)
2025
100% RES 2030

Lošinj
Unije
Ukupno

Proizvodnja i
ugradnja opreme
(čovjek godine)
216

Vođenje,
održavanje i servis
(poslovi)
11

3987
95
4299

520
6
537


58

100% OIE na otocima
• Renewisands/ADEG metodologija je
primijenjena na
– Mljet, Lošinj, Unije, itd…

• vjetar, sunce, vodik ili baterije kao rješenja
za manje otoke
• uz različita ograničenja i pretpostavke na
penetraciju intermitentnih izvora uzete u
scenarijima, 100% dobava energije iz OIE
je moguća

59

100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%

100%


61

Finalna potrošnja energije Hrvatska


62

Dugoročno planiranje RH 2050. (električna energija TWh )


63

Instalirani kapacitet postrojenja za proizvodnju
TE + CHP plin
Male hidroelektrane
Akumulacijske hidroelektrane
Geotermalne elektrane
Vjetroelektrane

TE Ugljen
Protočne hidroelektrane
Reverzibilne hidroelektrane
CHP otpad, biomasa i bioplin
Solarne fotonaponske elektrane

35000
30000

MW

25000
20000
15000
10000
5000
0
2020

2030

2040

2050

64

Proizvodnja električne energije 2050. (TWh)


65

100% OIE: proizvodnja primarne energije 2010.-2050.


66

Udio OIE u primarnoj energiji i proizvodnji električne energije


67

Godišnji trošak
M€

8000
7000
6000
5000

Godišnji investicijski
trošak

4000

Fiksni trošak

3000

Varijabilni trošak

2000
1000
0
2020

2030

2040

2050


69

Poslovi vezani uz energetiku
Izgradnja postrojenja i proizvodnja opreme
Vođenje, održavanje i proizvodnja goriva

250000

450000
191810

400000

200000

350000
300000

150000

125134

250000
200000

100000

150000

58493

100000

50000
31031

50000
0

0
2020

2030

2040


2050

70

radna mjesta potrebna za vođenje i održavanje
postrojenja/opreme i proizvodnju goriva

Direktna rdna mjesta u idustriji za proizvodnju opreme i
izgradnju postrojenja (iskazani u čovjek/godina)

500000

Zaključak
• energetski sustav suvremenog “nisko-ugljičnog”
društva će počivati na “4 temelja”:
1) OIE,
2) zgrade kao “pozitivna energetska
postrojenja”,
3) skladištenje energije
4) napredne elektroenergetske i toplinske
mreže te električna vozila.

71

Zaključak
•
•
•
•
•
•
•

put kojim idemo je neodrživ zato energetske sustave treba transformirati iz
temelja te je adekvatno energetsko planiranje ključ uspjeha
trenutni napredak prema održivim sustavima je prespor
političari moraju imati jasnu viziju energetskih sustava budućnosti,
utemeljenu na pouzdanim proračunima te dohvatljivim i razumnim ciljevima
cijene energije i energenata moraju reflektirati stvarne i potpune troškove te
se moraju otvoriti transparentna tržišta svim oblicima energije i energenata
potrebno je ubrzati inovacije i razvoj novih tehnologija te primjenu onih
najboljih postojećih
voditi računa o fleksibilnosti elektroenergetskog sustava i graditi fleksibilna
postrojenja
propisati metodologiju za energetsko planiranje urbanih područja koja će
voditi računa o optimalnoj integraciji energetskih tokova i ostalih resursa
(prema Renewisland, Total site management i sl.)

72

HVALA NA PAŽNJI!
goran.krajacic@fsb.hr
Za one koji žele saznati više!
Knjige:
•Energy Technology Perspectives 2012, IEA, 2012
•Harnessing Variable Renewables, IEA, 2011
•Lund, H. Renewable Energy Systems, The Choice and Modeling of 100% Renewable
Solutions, Elsevier, 2010
•Kleinpeter, M. Energy Planning and Policy, John Wiley & Sons, 1995
Radovi:
•Krajačić, G., Duić, N., Zmijarević, Z., Mathiesen, B. V., Anić Vučinić, A., Carvalho, M.G. Planning for a 100%
Independent Energy System based on Smart Energy Storage for Integration of Renewables and CO2
Emissions Reduction. Applied Thermal Engineering. 31, (2011) 2073-2083
•Krajačić, G., Duić, N., Carvalho, M.G. H2RES, Energy planning tool for island energy systems – The case
of the Island of Mljet. International journal of hydrogen energy. 34 (2009) ; 7015-7026
•Duić, N., Krajačić, G., Carvalho, M. G. RenewIslands methodology for sustainable energy and resource
planning for islands. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12 (2008), 4; 1032-1062


73

Tehnicki aspekti razvoja otoka sa 100% obnovljivim izvorima energije

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Similaire à Tehnicki aspekti razvoja otoka sa 100% obnovljivim izvorima energije

Similaire à Tehnicki aspekti razvoja otoka sa 100% obnovljivim izvorima energije (11)

Plus de UNDPhr

Plus de UNDPhr (20)

Tehnicki aspekti razvoja otoka sa 100% obnovljivim izvorima energije