Анализа производње електричне енергије из соларне електране у Димитровграду

Анализа производње електричне енергије из соларне електране у Димитровграду Наталија Милановић Факултет техничких наука у Чачку Техника и информатика, 2013/2014 natalija.milanovic65@gmail.com проф. др Снежана Драгићевић Апстракт Потрошња електричне енергије у Србији бележи стални пораст а енергетске резерве и ресурси су веома неповољни. Чињенице су да је Сунчево зрачење у нашој земљи веће за 40% од европског просека, да би се коришћењем Сунчеве енергије обезбедило око 0.6 милиона тона еквивалента нафте и да је тај потенцијал неискоришћен. Са циљем да се промовише производња електричне енергије из обновљивих извора енергије, пре свега Сунчеве, у раду је представљенa анализа идејног пројекта соларне електране у Димитровграду. Приказани су сви елементи неопходни за анализу, прорачуне и процену производње електричне енергије као и основна анализа исплативости инвестиције. Кљтчне речи Обновљиви извопи гнгпгијг; Сснчгва гнгпгија; ролапна глгктпана; 1 УВОД Суочени са проблемима климатских промена, еколошке и енергетске кризе, високо развијене земље улажу огроман финансијски и други капитал у развој система за коришћење обновљивих извора енергије и њихову трансформацију у електричну. Србија, са Стратегијом развоја енергетике и новим Законом о енергетици, се прикључила овом тренду установивши нову енергетску политику којом су предвиђени подстицајни програми везани за област обновљивих извора енергије. Ако се искористи повољан географски положај, Сунчева енергија у Србији се може искористити на два начина: да се претвара у топлотну или у електричну енергију. Претварање енергије Сунца у електричну енергију најједноставније је помоћу фотонапонских ћелија у оквиру самосталних, мрежних и хибридних фотонапонских система. Предности оваквих система су у томе што је Сунчева енергија неисцрпан извор, њено коришћење не загађује околину, систем се може поставити у близини потрошача па нису потребни системи преноса, мали трошкови одржавања и др. Недостаци су зависност од временских услова, цена производње и мала ефикасност. Пројектовање соларне електране обухвата техничку и економску анализу и прорачуне ради добијања процене производње електричне енергије а уједно даје одговор о исплативости инвестиције на одређеној локацији. 2 СОЛАРНА ЕЛЕКТРАНА У ДИМИТРОВГРАДУ Локација на којој се планира изградња соларне електране се налази у близини Димитровграда. Ова локација се налази на крајњем југоистоку Србије, на самој граници са Републиком Бугарском. Град Димитровград има следеће географске координате: N 43.01 (северна географска ширина) и E 22.46 (источна географска дужина). Локација на којој се предвиђа изградња фотонапонске електричне централе налази се у непосредној близини насеља. На слици 1. приказана је микро локација будуће соларне електране. Слика 1. Микролокација будуће соларне електране

Приликом одабира опреме за соларну електрану Димитровград пошло се од следећих предпоставки: Соларна електрана Димитровград је максималне снаге 4000 kw За достизање максималне снаге потребно је поставити минимум 21052 фотонапонска модула, појединачне снаге од минимум 190 W Фотонапонски модули ће бити постављени на носаче са фиксним углом од 31 Потребно је поставити разводне кутије за једносмерну струју, укупно 90 комада Потребно је поставити три инвертора снаге по 1400 кw Потребно је изградити објекат за повезивање на електричну мрежу који има средње напонски трансформатор и средње напонски растављач Имајући у виду карактеристике локације, за очекивати је да ће услови за прикључење фотонапонске електричне централе на електричну мрежу бити такви да ће се повезивање извести на 10 кv мрежу Потребно је изградити прикључни вод на 10 кv мрежу са угаоним затезним стубом и два носећа стуба за ношење кабла Потребно је уградити мерни уређај са GPRS модемом у складу са техничким препорукама ЕД Србије. Слика 2. Ситуациони приказ са распоредом објеката на соларној електрани Димитровград 3 ДЕФИНИСАЊЕ ЕЛЕМЕНАТА ПРОРАЧУНА 3.1 Локацијрки папамгтпи Од локацијских параметара у раду су разматарни подаци о инсолацији, температури, облачности, положају Сунца на небу и др. Ови подаци се могу на сајту Републичког хидрометеоролошког завода или у некој од европских и светских база података попут Photovoltaic Geographical Information System PVGIS, GAISMA и др. Инсолација или осунчаност се мери на некој одређеној површини Земље, током одређеног временског периода и представља се у W/m 2 или kwh/m 2 на дан. Трајање инсолације зависи од географске ширине и годишњег доба. Разлика између времена изласка и времена заласка Сунца даје време трајања инсолације којој је изложена хоризонтална и незаштићена површина. Облачност представља укупност облака који су уочљиви на небу, посматрано у одређеном тренутку или периоду. Изражава се у десетинама од 0 до 10 или у процентима покривености неба облацима. За мерење облачности не постоји никакав инструмент. Она се процењује од ока, простим осматрањем неба. На картама се овај тренд најверније приказује изонефама. Један од важнијих чинилаца при пројектовању фотонапонских система је кретање Сунца по небу током дана и током године. Положај Сунца на небу се дефинише са два податка: висином и азимутом Сунца. Привидно кретање Сунца се приказује помоћу Сунчевог дијаграма, који може бити у поларном или координатном систему.

Добра локација пријемника сунчеве енергије је она која је окренута према југу и изложена Сунцу на изласку, током целог дана и на заласку, без препрека као што су брда, планина, стабла или зграде. При избору локације потребно је узети у обзир све објекте који могу засенити Сунце током године. Просечно регистровано годишње време инсолације на локацији Димитровграда је 2080.15 часова, минимално регистровано је 1829.3 часова (2010.г.) и максимално регистровано је 2484.8 часова (2000. гoдине). На географскоју ширини од 43 степена потенцијална енергија износи око 2500 kwh/m 2 годишње, а на географској ширини 46 степена износи око 2400 kwh/m 2. Стварна енергија зрачења која дође до површине је мања од потенцијалне, због облака, влаге и загађености, и за Србију износи око 3.5 kwh/m 2 на дан. Према подацима географског информационог система удружења истраживачког центра европске комисије у Италији, снага сунчевог зрачења у Димитровграду износи 3.52 kwh/m 2 на дан. 3.2 Папамгтпи оппгмг Енергија сунчевог зрачења директно се може користити за производњу електричне енергије фотонапонским ћелијама. Принцип рада фотонапонске ћелије је претварање енергије сунчевог зрачења у електричну енергију путем фотонапонског ефекта. Појава која за последицу има ослобађање слободних носиоца наелектрисања под дејством светлости и стварање електричног тока назива се фотонапонски ефекат. Произведена енергија се може одмах користити, преносити до другог потрошача или се складиштити у батерије. Фотонапонске ћелије могу бити израђене од различитих полупроводничких материјала. Силицијум је апсолутно доминантан (удео око 98%) а користе се и германијум (Ge), галијум-арсенид (GaAs), камдијум-сулфид (CdS), кадмијум-телурид (CdTe), бакар-индијум-селенид (CIS) и др. Ефикасност фотонапонских ћелија креће се од 5 18% у стварним условима а излазна снага је од 50 180 W. Већина произвођања даје гаранцију на исправност 10 година, 12 година да ће панели на излазу давати 90% предвиђене снаге, а 25 година да ће на излазу дати 80% снаге. Снага и напон коју производи једна фотонапонска ћелија је релативно мала. Да би се добила жељена снага (170, 175 W и више ) и одговарајући напон (12 или 24 V) више фотонапонских ћелија се повезује, серијски, паралелно или комбиновано, у групу, те се формира фотонапонски модул. Модули се затим повезују у фотонапонски панел. Фотонапонски модули или панели се најчешће постављају фиксно на носиву конструкцију под неким оптималним углом (ω), орјентисани ка југу. Модули се могу поставити и тако да прате кретање Сунца на небу тј. да имају могућност ротирања. Ово се може извести на неколико начина: једноосна ротација по вертикалној оси за угао од 0 do 90 (исток - запад), једноосна ротација по хоризонталној оси за угао од 0 do 90 (север - уг) и двоосна ротација (модули се померају у смеру исток-запад и мењају угао нагиба модула у односу на хоризонталу). Оптимални угао под којим ће се поставити модули тј. заокренутост модула у односу на хоризонталу за подручје Републике Србије се креће од 30 до 37 а за електрану у Димитровграду је усвојен угао од 31. Фотонапонски системи могу бити: самосталани (off-grid), код којих се вишак произведене енергије складишти у батерије, мрежни (on-grid), спојени на електричну мрежу и хибридни, који су повезани са другим изворима енергије. Фотонапонска централа је on-grid систем који мора да садржи следеће елементе: соларне модуле (панеле), инвертере (претварају једносмерну у наизменичну струју), трансформатор, каблове и остале инсталације, носаче модула и опрему за надгледање система. Избор опреме у великим мрежним системима зависи од инвеститора. Пројектант може да предложи пар решења који испуњавају услове по питању основних критеријума за избор опреме као што су постојање пратеће техничке документације (испитивања, функционалност, услови производње), порекло опреме, постојање атеста, гаранције, постојање упутства за управљање и монтажу. За соларну електрану Димитровград инвеститор је одабрао модуле SF 190 kompanije HANWHA SOLARONE, SEIMENS SINVERT PV Invertor као и SEIMENS-ову опрему за управљање и надгледање система. 4 ПРОЦЕНА ПРОИЗВОДЊЕ ЕЛЕКТРИЧНЕ ЕНЕРГИЈЕ Процена производње електричне енергије урађена је на више начина. Први је помоћу PVGIS-ове базе података и њиховог софтвера. Изглед прозора за упис података дат је на слици бр. 3. Потребно је уписати основне податаке о локацији (географска ширина и дужина), оптимални угао под којим ће се поставити панели (slope), инсталисана снага система, губици система и азимут (за северну полулопту је обично 0 ). Могуће је изабрати фотонапонски систем са фиксним углом, са једноосним и са двоосним системом за праћење привидног кретања Сунца. Процена производње добијена помоћу софтвера PVGIS је 4270000 kwh годишње за оптимални угао панела од 31 у односу на хоризонатлну површину. Други начин је помоћу средње годишње инсолације за одређену локацију. Годишњи добитак енергије из фотонапонског система (kwh) је једнак производу максимално инсталисане снаге система (P max = 4000 kw ), средњег годишњег броја сунчаних часова (инсолација) и 0.50 (средњи губици целог система, метео услови, панели, каблови и инвертер). Прорачун је урађен са средњом, минималном и максималном инсолацијом, што нам даје податак о просечнј производњи електричне енергије која износи 4262000 kwh. Добијени резултати су приказани у табели I.

ТАБЕЛА I. ГОДИШЊА ПРОИЗВОДЊА ЕЛЕКТРИЧНЕ ЕНЕРГИЈЕ Годишња производња енергије у kwh средња минимална максимална 4160000 3658000 4968000 Трећи могући начин је уз помоћ енергије зрачења и коефицијента искоришћења фотонапонских модула. Усвојена годишња енергија зрачења за Димитровград је 3.52 kwh/m 2 на дан, односно 1285 kwh/m 2 за годину, то помножено са ефикасношћу фотонапонског модула од 13% (1000 W/m2 Сунчевог зрачења може претворити у 130 W електричне снаге с површином модула од 1 m2), даје очекивану производњу енергије на излазу из фотонапонског модула и износи 167.05 kwh/m 2. То помножено са коефицијентом општих губитака система од 0.80, даје очекивану производњу енергије од 134 kwh/m 2 за годину дана. Годишња производња система зависи од броја панела (21052) и њихове укупне површине (31578 m 2 ), што износи 4231500 kwh годишње. Слика 3. Изглед PVGIS програма 5 АНАЛИЗА ИНВЕСТИЦИЈЕ Анализа инвестиције пројекта јесте квалитетна пројекција очекиваних новчаних токова приказана кроз финансијску анализу. Неопходно је јасно дефинисати улагања, расходе, приходе као и изворе финансирања. Прорачун улагања у фотонапонски систем зависи од више чинилаца али генерално га можемо поделити на почетна инвестициона улагања (пројектантско-консултанске услуге, куповину земљишта на коме ће бити постављена фотонапонска централа, дозволе), улагања за грађевинске радове (постављање ограде, изградња објеката за прикључење на мрежу, темеља за инвертере, трошкови монтаже опреме и др.) и улагања у набавку опреме (фотонапонски панели, носачи панела, инвертери, каблови, струјни водови подземни и надземни, и др.). Орјентациони укупни трошкови износе око 10140000. Амортизациони период објеката и опреме је, уопштено гледано, 25 година, односно 405600 /год. Извори финансирања могу бити сопствени капитал инвеститора, капитал других улагача, неповратна средства и кредит. За кредит од 10000000 отплата на годишњем нивоу би била 52784, при камати од 4%. У расходе спадају трошкови рада и одржавања система, плате радника, доприноси и они се процењују на 50000 годишње. Приходи произилазе из продаје струје електроенергетском систему а важећом уредбом, о мерама подстицаја за производњу електричне енергије коришћењем обновљивих извора енергије и комбинованом производњом електричне и топлотне енергије, од 01.01.2014. године, је дефинисана откупна цена електричне енергије од 16.25 c /kwh. Са овом откупном ценом би годишњи бруто приход био, за минимално процењену производњу од 4262000 kwh, око 692575. Исплативост улагања у изградњу фотонапонског система зависи од трошкова улагања, географског положаја, величине и продуктивности система, откупне цене произведене електричне енергије, каматних стопа и пореских олакшица и животног века пројекта. Оцена исплативости инвестиције може се вршити на основу две групе показатеља, а то су статичке и динамичке методе. У првој фази пројектовања од статичких метода одабран је метод рока враћања, који даје одговоре о ликвидности пројекта а једноставан је и лако разумљив. Узима у обзир само инвестиционе трошкове, подстицајну откупну цену електричне енергије и евентуалне пореске олакшице,

како би се добио приближни временски период повраћаја инвестиције. Да би се пројекат исплатио потребно је да период повратка инвестиције буде мањи од трајања. пројекта. Образац за прорачун временског периода повраћаја новца је: I инвестициони трошкови P рок враћања P Nt чист новчани ток по годинама једнак је производу, откупне цене kwh и просечне годишње производње, од кога се одузима порез на добит. Период повратка инвестиције је 16 година. Треба напоменути да се статичке методе углавном препоручују као допунске при прорачуну исплативости пројекта али у овој почетној фази пројектовања оне ће дати потребне одговоре. У каснијим фазама пројектовања као и при аплицирању за кредит се раде детаљнији прорачуни, применом динамичких метода, који дају прецизнију слику о новчаном току у економском веку трајања пројекта. Други начин у обзир узима планирану годишњу добит, амортизацију опреме, годишње трошкове и отплату кредита. Бруто годишња добит је једнака производу, откупне цене kwh и просечне годишње производње, од кога се одузима сума годишњих трошкова (амортизација опреме, отплата кредита, одржавање). Нето годишња добит добијена је када се од бруто годишње добити одузме порез на добит. У овом случају бруто добит је око 190000 на годишњем нивоу. I Nt 6 ЗАКЉУЧАК У раду је представљена соларна електрана у Димитровграду. На основу географских и метеоролошких података као и техничких карактеристика опреме добијени су елементи неопходни за прорачун и анализу производње електричне енергије на датој локацији. Локација на којој се планира изградња електране се налази у непосредној близини Димитровграда. Просечно регистровано годишње време инсолације је 2080.15 часова а снага сунчевог зрачења износи 3.52 kwh/m 2 на дан, па се може закључити да је потенцијал Сунца на локацији Димитровграда повољан за производњу електричне енергије. Планирану максималну снагу од 4000 kw омогућиће постављање око 21052 фотонапонских модула, појединачне снаге од минимум 190 W као и пратећа опрема. Електрана се прикључује на 10 kw електричну мрежу. Одабрани су модули SF 190 kompanije HANWHA SOLARONE, SEIMENS SINVERT PV Invertor као и SEIMENS-ова опрема за управљање и надгледање система. Цена опрема са пратећим грађевинским и другим радовима процењена је на 10140000. Период повратка инвестиције је процењен на осамнаест година. Приход од продаје електричне енергије, по тренутној цени од 16.25 c /kwh, је 692575 а процењени расходи на годишњем нивоу (отплата кредита, амортизација опреме, плате, одржавање) су око 500000. Изградња соларне електране на локацији Димитровград се према добијеним резултатима може проценити као пројекат који може бити економски исплатив са становишта инвеститора. Али исто тако ово је пројекат који може допринети развоју националне привреде тако да је исплатив и са становишта друштва, те је његов значај већи. Напредак технологије у производњи опреме, сталан пад цена и повољније подстицајне мере, требало би да створе повољније услове и већу заинтересованост за улагања у изградњу оваквих система. ЛИТЕРАТУРА [1] С. Драгићевић, Изводи са предавања из предмета Обновљиви извори енергије 2012/2013. год., Факултет техничких наука [2] С. Драгићевић, Н. Вучковић, Evaluation of Distributional Solar Radiation parameters of Cacak Using Long-Term Measured Global Solar Radiation Data, Thermal Science, International Scientific Journal, Vol. 11, No. 4, 2007., pp. 125-134. [3] Т. Славко, Алтернативни извори енергије, Техничка књига, Београд, 2002. [4] Л. Небојша, Соларна енергија, Изолација енергетска ефикасност, број 1, 2013. [5] Студија енергетског потенцијала Србије за коришћење Сунчевог зрачења и енергије ветра (НПЕЕ, Евиденциони број ЕЕ704-1052А), Министарство науке и заштите животне средине Републике Србије [6] Драгомановић Н., Методе за оцену инвестиционих пројеката, 2/4, предавања, http://www.fmstivat.me/predavanja1god/menadzment5.pdf април 2014. [7] Метеоролошки годишњаци од 1990. до 2010. године, Републички хидрометеоролошки Завод Републике Србије, Београд, април 2014. http://www.hidmet.gov.rs/ [8] Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS), http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php април 2014.