dr. Boris Vidrih dvoriščna stavba soba N3 T: 01/ E: W:

Transcript

1 dr. Boris Vidrih dvoriščna stavba soba N3 T: 01/ E: W:

2 Sistemi za proizvodnjo električne energije iz obnovljivih virov energije

3 Obnovljivi viri energije - OVE Osnovni vir energije na Zemlji je sončno sevanje. Ta se pretvori v: toploto energijo kroženja vode v atmosferi energijo vetra rast rastlin Poleg sončnega sevanja obstaja še planetarna in geotermalna energija. OVE z različnimi tehnologijami pretvarjamo v: Toploto Električno energijo Goriva

4 Primerjava dveh tehnologij za proizvodnjo električne energije iz OVE fotonapetostne in vetrne elektrarne Izračun letne proizvedene električne energije Ekonomsko vrednotenje investicije uporaba enostavnega modela

5 Sončne (PV) elektrarne Sončne celice neposredno pretvarjajo sončno energijo v električno energijo. Na osnovi karakteristike sončne celice in letnega sončnega obsevanja, lahko ocenimo letno proizvodnjo električne energije.

6 Osnovni pojmi: nazivna moč PV modula P PV se navaja v enotah [Wp] in je določena pri nazivnih parametrih okolice: temperature T r = 25 C in sončnega sevanja G r = 1000 W/m 2 učinkovitosti PV modula se določi po enačbi η PV = η r 1 β PV T PV T r η r = P PV G r A PV / η r Wp β PV %/ C T PV C referenčna učinkovitost temperaturni koeficient temperatura PV modula T r C P PV Wp A PV m 2 referenčna temperatura nazivna moč PV modula površina PV modula učinkovitosti PV modula se z naraščanjem temperature zmanjšuje

7 nazivna moč PV modula P PV se navaja v enotah [Wp] in je določena pri nazivnih parametrih okolice: temperature T r =25 C in sončnega sevanja G r =1000 W/m 2 učinkovitosti PV modula se določi po enačbi η PV = η r 1 β PV T PV T r η r = P PV G r A PV / referenčne vrednosti nekaterih PV modulov tip PV modula η r % T PV C β PV %/ C Mono Si 13,0 45 0,40 Poly Si 11,0 45 0,40 Amor Si 5,0 50 0,11 CdTe 7,0 16 0,24 CIS 7,5 47 0,46

8 letna proizvedena električna energija Q el,pv kwh/a Q el,pv = A PV,cel η PV H β A PV,cel m 2 H β kwh/m 2 a površina vseh PV modulov letno sončno obsevanje na površino PV modulov letna oddaja električne energije v omrežje Q el,omr kwh/a Q el,omr = Q el,pv η raz 1 λ izg η raz / λ izg / učinkovitost razsmernika ostale izgube sistema zmanjšanje emisij CO 2 m CO2 kg/a m CO2 = ef CO2 Q el,omr Povprečni emisijski faktor ef CO2 za izpuste CO 2 v obdobju znaša 0,51 kgco2/kwh*. *Operativni program zmanjševanja emisij toplogrednih plinov OPTGP-01, Akcijski načrt za energetsko učinkovitost, Akcijski načrt za obnovljive vire energije

9 enostavna metoda izračuna vračilne dobe EVD kwh/a EVD = investicija letni izplen = investicija Q el,omr ckwh Q el,omr Kwh/a c kwh /kwh letna oddaja električne energije v omrežje odkupna cena električne energije* cena investicije je /kwp (P = 50 kwp 10 kwp)** ceno električne energije ob upoštevanju 30 letne dobe obratovanja cena = investicija+ stroški vzdrževanja izplen v dobi obratovanja *Referenčno ceno električne energije vsako leto določi Agencija za energijo in je javno objavljena na njeni spletni strani. ** Sončne elektrarne

10 Naloga V okolice Ljubljana je na strehi poslopja zgrajena manjša fotonapetostna - PV elektrarna iz 120 polikristalnih sončnih celic proizvajalca ET Solar ET-P660250WL. PV elektrarna vso proizvedeno električno energijo odda v javno električno omrežje. Izračunajte: letno proizvedeno električno energijo, vračilno dobo investicije. Upoštevajte, da je strošek celotne elektrarne /kwp in učinkovitost razsmernika 97,8 %. Upoštevajte tudi 5 % dodatnih izgub. Odkupna cena elektrike je 97 /MWh* in ceno električne energije ob upoštevanju 30 letne dobe obratovanja. Pri analizi upoštevajte letne vzdrževalne stroške v višini 1% investicije *Borzen d.o.o.

11 P PV = 250 Wp Velikost: x 0,986 = 1,61 m 2 η r = 15,52 % β PV = 0,44 % C Nominalna temperatura PV modula: 45,3 C

12 Internetna stran: Kraj: Ljubljana sončno obsevanje H β = kwh m 2 a

13 Podatki: P PV = 250 Wp n PV = 120 G r = 1000 W/m 2 A PV = 1,61 m 2 β PV = 0,44 %/ C Enačbe: η r = P PV G r A PV T PV = 45,3 C T r = 25 C H β = kwh/m 2 a η raz = 97,8 % λ izg = 5 % investicija = /kwp cena = 97 MWh doba obrat. = 30 let stroš. obrat. = 1 % investicije/leto ef CO2 = 0,51 kgco 2 /kwh c kwh,pv = η PV = η r 1 β PV T PV T r Q el,pv = A PV,cel η PV H β Q el,omr = Q el,pv η raz 1 λ izg EVD = investicija letni izplen investicija + stroški obratovanja letni izplen v dobi obratovanja m CO2 = ef CO2 Q el,omr η r = 15,52 % η PV = 14,26% Q el,pv = 33,06 MWh/a Q el,omr = 30,72 MWh/a EVD = 12,08 let c kwh,pv = 0,05 /kwh m CO2 = kg/a

14 Primer spletne aplikacije izračuna proizvodnje električne energije s PV elektrarno LABORATORIJ ZA OKOLJSKE TEHNOLOGIJE V ZGRADBAH - LOTZ

15 Vetrne elektrarne Vetrnice posredno preko električnega generatorja pretvarjajo moč vetra v električno energijo. Na osnovi karakteristične moči vetrnice in porazdelitve verjetnosti hitrosti vetra, lahko ocenimo letno proizvodnjo električne energije.

16 Za določitev porazdelitve verjetnosti hitrosti vetra sta najbolj pogosto uporabljeni Weibullova ali Rayleighova porazdelitvena funkcija. Weibullova je primerna, ko je vzorec meritev v kratkem časovnem obdobju dovolj velik (minimalno minutni interval meritev). p v = k v v c 0; v < 0 k 1 exp v c k ; v 0

17 V primeru dolgotrajnejših meritev hitrosti vetra z majhno frekvenco meritev (urni interval meritev), pa je ustreznejše uporabiti Rayleighovo porazdelitveno funkcijo. p v = π v 2 v 2 ex p π 4 v v 2 Povprečna hitrost vetra na višini osi rotorja vetrnice v v h v 10 = h 10 α v h m/s v 10 m/s h [m] h r [m] a / povprečna letna hitrost vetra na višini osi stolpa vetrnice povprečna letna hitrost vetra na referenčni (merjeni) višini h r običajno meteorološki podatek višina osi stolpa vetrnice referenčna višina oz. višina na kateri merimo hitrost vetra eksponent porazdelitve

18 Eksponent porazdelitve a Število ur v letu, ko piha veter z določeno hitrostjo t v = p v 8760

19 Proizvodnja električne energije pri hitrosti vetra v Q el,v = t v P v Letna proizvodnja električne energije Q el = v max Q el,v v min

20 Naloga V Sloveniji želimo postaviti vetrno elektrarne na Volovjem rebru. Izmerjena povprečna hitrost vetra na višini 15 m znaša 7,39 m/s. Eksponent porazdelitve vetra je 0,13. Za vetrnico DeWind D6 izračunajte: povprečno letno hitrost vetra na višini stolpa vetrnice, verjetnost hitrosti vetra in število ur, ko je hitrost vetra 5, 13 in 20 m/s, s pomočjo grafa določite letno proizvedeno električno energijo izbrane vetrnice, enostavno vračilno dobo investicije, če znaša odkupna cena električne energije iz vetrnih elektrarn 60 /MWh*. Cena vetrne elektrarne je /kw**. *Borzen d.o.o. er-za-podpore-proizvodnji-zeleneenergije/sistem-podpor/vi%c5%a1inepodpor/ **

21 Podatki: h r = 15 m v hr = 7,39 m s h = 64 m a = 0,13 investicija = /kw cena = 60 MWh P nom = 1250 kw v v hr = h h r a v p v = π v 2 v 2 e π 4 v v 2 p v = 13 t v = p v 8760 t v = 13 Q el,v = t v P v Q el v = 13 Q el = v max Q el,v v min EVD = investicija letni izplen

22 Podatki: h r = 15 m v hr = 7,39 m s h = 64 m a = 0,13 investicija = 3350 /kw cena = 60 MWh P nom = 1250 kw t v = p v 8760 t v = 13 Q el,v = t v P v Q el v = 13 * v min = 3 m/s v max = 25 m/s v nom = 12,5 m/s P v = 13 m/s = kw Q el = v max Q el,v v min EVD = investicija letni izplen MWh/a

23 Podatki: h r = 15 m v hr = 7,39 m s h = 64 m a = 0,13 investicija = 3350 /kw cena = 60 MWh P nom = 1250 kw v v hr = h h r a v p v = π v 2 v 2 e π 4 v v 2 p v = 13 t v = p v 8760 t v = 13 Q el,v = t v P v Q el v = 13 Q el = v max Q el,v v min EVD = investicija letni izplen MWh/a v h = 8,99 m/s p v = 13 = 0,0484 t v = 13 = 424h/a Q el v = 13 = 528 MWh/a Q el = MWh a EVD = 15,2 let