Obnovljivi izvori energije

Tehničke kalkulacije za proizvodnjuenergije iz obnovljivih izvora

JEDINICE ZA ENERGIJU I SNAGU

Zvanična jedinica za energiju ili rad je džul, oznaka J. Ova jedinica je mala pa se koriste kJ i MJ, tj. hiljadu ili milion džula.

Za snagu se koristi jedinica vat, W, odnosno hiljadu puta uvećano kW. Snaga od jednog vata je jedan džul u sekundi, J/s. Ukoliko se snaga u kW realizuje u toku jednog časa, h, dobija se rad ili energija od 1 kWh. Uobičajeno je korišćenje ove jedinice za električnu energiju, a za toplotnu MJ itd. U poslednje vreme, u publikacijama namenjenim širokom spektru korisnika, sve više se kWh koristi i kao jedinica za toplotnu energiju, pa će se koristiti i u ovoj publikaciji. Ranije je za energiju korišćena i jedinica kalorija, cal, odnosno hiljadu puta veća kcal. Veze jedinica prikazane su u narednoj tabeli.

Za iskazivanje godišnje potrošnje države, koristi se i izvedena jedinica, ekvivalent tone nafte, toe (ton of oil equivalent). Ona označava energiju koja je sadržana u toni nafte. Donja toplotna moć nafte je oko 41,868 MJ/kg, pa jedan 1 tone odgovara 41,868 hiljada MJ, odnosno oko 42 GJ. Najčešće se koristi million tona nafte, dakle Mtoe. Na primer, godišnji konzum primarne energije u Srbiji oko

4 Mtoe ( primarna energija je energija sadržana u gorivu. Količina energije koja se koristi nakon konverzije zavisi od stepena korisnosti konkretnog uređaja i/ili procesa, a dobija se množenjem primarne sa realnim stepenom korisnosti.

VRSTE OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE

PODSTICAJI ZA KORIŠĆENJE OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE

Podrške u fazi investiranja

Krediti sa stimulativnom kamatom, dužim rokom otplate i grejs periodom, što povoljno utiče na finansijsku opravdanost, ali ovi krediti su samo povremeno aktuelni.

Podrške u fazi rada postrojenja

Srbija

Evropska Unija

Napomena: Svaka zemlja uređuje ovu oblast na način koji smatra najefikasnijim, a sertifikatima može da se i trguje, odnosno da se prodaju ili kupuju izvan granica država, a cena im se menja u zavisnosti od ponude i potražnje.

Donja toplotna moć goriva je ona količina toplote koja se oslobodi pri potpunom sagorevanju jedinice mase ili količine goriva, a da pri tom vodena para nastala pri sagorevanju ostane u parnom stanju u smeši produkata sagorevanja.

PRORAČUN POTREBNE ENERGIJE ZA GREJANJE PROSTORA

Klase energetske efikasnosti:

Potrebna energija za grejanje prostora (E)

E = površina prostora u m2 x specif.potr. u kWh/m2/god * = … kWh/god

* Klasična fasada i stolarija 150 kWh/m2/god, Klasična fasada i izo stolarija 100 kWh/m2/god, Fasada stiropor 5 cm i izo stolarija 60 kWh/m2/god, Za daljinsko grejanje + gubici u transportu (cevovodu)

ILI PRECIZNIJE

E = površ.grej m2 x izol (60 – 90 W/m2*/1000) x br.dana gr x br sati na dan

* Snaga po m2:

kl.fasada bez izo stol 90 W

Kl.fasada sa izo stol 75 W

Fas.stirop 5 cm, izo st 50 W

Preko gore navedenih ekvivalenata moguće je proračunati količinu fosilnih goriva ili biomase, pri čemu se mora uzeti u obzir stepen efikasnosti kotla, odnosno stepen iskorišćenja toplone moći goriva, koji se kreće od 40% za biomase do 95% za prirodni gas.

Potrebna snaga postrojenja (P)

P (kW) = m2 x cm x 0,3)/860=snaga kotla.

Primer : površina 220m2 x visina 260cm x 0.3)/860=19.95kW

Napomena: koeficijent 0.3 se menja i odnosi se na izolaciju grejnog prostora i to

0.3 ………..dobra izolacija kuce, dobra stolarija

0.4…………kuca samo malterisana, srednje dobra stolarija

0.5…………kuca bez maltera i izolacije. losa stolarija

Jovan Krstić RenewableEnergyPro – tehničke kalkulacije

PRORAČUN POTREBNE ENERGIJE ZA GREJANJE VODE

Potrebna energija za grejanje vode (E)

E = zapremina vode …m3 x Dt°C (40 do 60) / 0,86 = … kWh

Primer potrebna snaga grejača za bojler 50 lit = 0,05m3 x 45°C / 0,86 = 2,6 kW).

Preko gore navedenih ekvivalenata moguće je proračunati količinu fosilnih goriva ili biomase. Ako se koriste fosilna goriva ili biomasa, količinu energenata i snagu kotla treba povećati u zavisnosti od enegetske efikasnosti kotla.

SOLARNA ENERGIJA

Grejanje vode (vodeni kolektori)

Max godišnja ušteda energije 45% ako je potrošnja kontinualna

Površina kolektora = (1,1 x vrsta kolektora x 50 lit po stanaru x broj stanara) / 60 = … m2

vrsta kolektora:

pločasti 1

vakumski 0,8

Primer: vrsta kolektora: pločasti, broj stanara 4

Površina kolektora = (1,2 x 1 x 50 x 4) / 60 = 4 m2

Grejanje prostora (vodeni kolektori)

Površina kolektora = vrsta kolektora x površina prostora x 0,2 /

(Izolacija/100)

Primer: Površina kolektora = (1 x 150 x 0,2) / 75/100) = 40 m2.

Izolovanost objekta:

Kl.fasada bez izo stolarija 90

Kl.fasada sa izo stol arija 75

Fas.stirop 5 cm, izo stolarija 50

Proizvodnja električne energije (fotovoltaik)

E1m2/godišnje = godišnja insolacija po 1 m2 (u kWh)* x 15% do 20%**

*zavisi od geografskog područja, za NS oko 1350 kWh/m2/god

** zavisi od proizvođača

Napomena: Za snagu od 1 kW potrebno oko 5 m2 panela.

ENERGIJA VETRA

Formula za izračunavanje snage koju ima vetar za vetrogeneratore sa horizontalnom osom glasi:

P = 1/2 x gustina vazduha* x površina rotora x brzina vetra³

*Gustina vazduha je oko 1.23 kg/m3

Primer:

Precnik rotora od 2m, brzina vetra 5 m/s, dobija se:

Širina krila 15-20% poluprečnika vetrenog kola.

(1 krilo koje pokriva površinu 100% velika osetljivost, mali br.obrtaja i mala snaga, veliki broj vrlo uskih krila, broj obrtaja će u pravilu biti veliki, ali zato će osetljivost biti vrlo mala).

P= 1/2 x 1.23 x 3,14 x 125 = 241,38 W

To su ipak samo teoretske vrednosti jer prema Betz-u maksimalna snaga je oko 59% od gore proračunatih 241,38 W, tj. 142,42 W, a u praksi od proizvođača 30% do 40% od 241,38 W, tj. 72,41 W do 96,55 W

Formula pokazuje da ako udvostručimo precnik rotora, možemo izvući 4 puta veću snagu, a ako udvostručimo brzinu vetra, možemo računati na 8 puta veću snagu.

Godišnja proizvodnje električne energije može se približno proračunati na osnovu godišnjeg broja vetrenih sati i prosečne brzine vetra.

Napomena: Solanijus i Darijus vetrogeneratori (vertikalne ose) imaju drugačije formule.

ENERGIJA VODOTOKOVA

Formula za izračunavanje snage pojednostavljeno glasi:

P = g x η x Q x h = …. kW.

Gde je:

g – gravitaciono ubrzanje 9,81 m/s

η – stepen efikasnosti turbine i generatora (0<h<1

Q – zapreminski protok (m3/s)

h – efektivan pad (m)

Primer: 9,81 x 0,83 x 0,1 x 10 = 8,14 kW.

η = 0,83

h = 25 m

Q = 0,1 m3/sec

Godišnja proizvodnja energije (E)

E = P×t = 8,14 kW × 24 h/dan × 365 dan/god = 70.330 kWh godišnje

GEOTERMALNA ENERGIJA

Snaga e.m.tp KW = potr.en / COP / br.dana.gr / br sati.gr na dan

Potrošnja struje e.m. topl.pumpe = snaga e.m.tp x br dana gr x br sati/dan.

Ukupna dužina bušotina u zemlji u metrima = (snaga e.m.tp x COP x 0,75) / 0,05

Količina vode iz bunara u sec = površ.grej / 100

Kol.term.vode u sec = (pov.grej/100) / (temp.term.v. -15)/6)

COP efik.topl.pump 3,5 – 5

Ukupna dužina bušotina u zemlji u metrima = (snaga e.m.tp x COP x 0,75) / 0,05

Količina vode iz bunara u sec = površ.grej / 100

Kol.term.vode (sec) = (pov.grej/100) / (temp.term.v. -15)/6)

Primer:

Površina grejanja 500 m2

Broj dana grejanja 150 godišnje

Broj sati grejanja na dan 18 h

Potrebna energija = površ.grej 500m2 x izolac (60 – 90 W/m2/1000) x br.dana gr

50 x br sati na dan 18 = 101250 kWh/god

COP (3,5 do 5) = 3,5

Snaga e.m.tp KW = potr.en 101.250 kWh/ COP 3,5 / br.dana.gr 150 / br sati.gr

na dan 18 = 10,7 kW.

Ukupna dužina bušotina u zemlji u metrima = (snaga e.m.tp 10,7 x COP 3,5 x 0,75) / 0,05 = 562 m

Količina vode iz bunara u sec = površ.grej / 100 = 5 lit/sec

Kol.term.vode (sec) = (pov.grej 500/100) / (temp.term.v. 33°C-15)/6) = 1,7 lit/sec

BIOMASA

Biomasa tehnologija – FTN Novi Sad

Primer za grejanje kuće:

Porodična kuća 200m2, godišnje energetske potrebe 30.000 kWh.

Pre investicije – grejanje na prirodni gas iz mreže

Snaga kotla na gas 24 kW

Potrošnja prirodnog gasa 3.800 Sm3/god

Posle investicije u kotao na bale slame (10kg)

Snaga kotla na bale slame 30 kW

Potrebna količina slame: 30.000 kWh / DTM 3,9 kWh/kg / η 0,55 = 14.000 kg/god

BIOGAS

Primer za kogeneraciju

Sirovinska baza: poljoprivredno imanje, farma 1200 muznih krava i poljoprivredno zemljište 1500 ha:

Raspoloživi supstrati: goveđi stajnjak 27.000 tona/god i 10.000 tona silaže kukuruza/god.

Snaga postrojenja = 1 Mwel.en + 1 MW topl.en neto

Potrošnja prirodnog gasa iz mreže za kontinuitet proizvodnje energije oko 300.000 Sm3/god.

Proizvodnja el.energije 8 mil.kWh/god

Proizvodnja topl.energije 8 mil.kWh/god

Čvrsti ostaci fermentacije 14.000 tona/god (đubrivo)

JEDINICE ZA ENERGIJU I SNAGU

Zvanična jedinica za energiju ili rad je džul, oznaka J. Ova jedinica je mala pa se koriste kJ i MJ, tj. hiljadu ili milion džula.

Za snagu se koristi jedinica vat, W, odnosno hiljadu puta uvećano kW. Snaga od jednog vata je jedan džul u sekundi, J/s. Ukoliko se snaga u kW realizuje u toku jednog časa, h, dobija se rad ili energija od 1 kWh. Uobičajeno je korišćenje ove jedinice za električnu energiju, a za toplotnu MJ itd. U poslednje vreme, u publikacijama namenjenim širokom spektru korisnika, sve više se kWh koristi i kao jedinica za toplotnu energiju, pa će se koristiti i u ovoj publikaciji. Ranije je za energiju korišćena i jedinica kalorija, cal, odnosno hiljadu puta veća kcal. Veze jedinica prikazane su u narednoj tabeli.

Za iskazivanje godišnje potrošnje države, koristi se i izvedena jedinica, ekvivalent tone nafte, toe (ton of oil equivalent). Ona označava energiju koja je sadržana u toni nafte. Donja toplotna moć nafte je oko 41,868 MJ/kg, pa jedan 1 tone odgovara 41,868 hiljada MJ, odnosno oko 42 GJ. Najčešće se koristi million tona nafte, dakle Mtoe. Na primer, godišnji konzum primarne energije u Srbiji oko

4 Mtoe ( primarna energija je energija sadržana u gorivu. Količina energije koja se koristi nakon konverzije zavisi od stepena korisnosti konkretnog uređaja i/ili procesa, a dobija se množenjem primarne sa realnim stepenom korisnosti.

VRSTE OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE

PODSTICAJI ZA KORIŠĆENJE OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE

Podrške u fazi investiranja

Krediti sa stimulativnom kamatom, dužim rokom otplate i grejs periodom, što povoljno utiče na finansijsku opravdanost, ali ovi krediti su samo povremeno aktuelni.

Podrške u fazi rada postrojenja

Srbija

Evropska Unija

Napomena: Svaka zemlja uređuje ovu oblast na način koji smatra najefikasnijim, a sertifikatima može da se i trguje, odnosno da se prodaju ili kupuju izvan granica država, a cena im se menja u zavisnosti od ponude i potražnje.

Donja toplotna moć goriva je ona količina toplote koja se oslobodi pri potpunom sagorevanju jedinice mase ili količine goriva, a da pri tom vodena para nastala pri sagorevanju ostane u parnom stanju u smeši produkata sagorevanja.
PRORAČUN POTREBNE ENERGIJE ZA GREJANJE PROSTORA

Klase energetske efikasnosti

Potrebna energija za grejanje prostora (E)

E = površina prostora u m2 x specif.potr. u kWh/m2/god * = … kWh/god

* Klasična fasada i stolarija 150 kWh/m2/god, Klasična fasada i izo stolarija 100 kWh/m2/god, Fasada stiropor 5 cm i izo stolarija 60 kWh/m2/god, Za daljinsko grejanje + gubici u transportu (cevovodu)

ILI PRECIZNIJE

E = površ.grej m2 x izol (60 – 90 W/m2*/1000) x br.dana gr x br sati na dan

* Snaga po m2:

kl.fasada bez izo stol 90 W

Kl.fasada sa izo stol 75 W

Fas.stirop 5 cm, izo st 50 W

Preko gore navedenih ekvivalenata moguće je proračunati količinu fosilnih goriva ili biomase, pri čemu se mora uzeti u obzir stepen efikasnosti kotla, odnosno stepen iskorišćenja toplone moći goriva, koji se kreće od 40% za biomase do 95% za prirodni gas.

Potrebna snaga postrojenja (P)

P (kW) = m2 x cm x 0,3)/860=snaga kotla.

Primer : površina 220m2 x visina 260cm x 0.3)/860=19.95kW

Napomena: koeficijent 0.3 se menja i odnosi se na izolaciju grejnog prostora i to

0.3 ………..dobra izolacija kuce, dobra stolarija

0.4…………kuca samo malterisana, srednje dobra stolarija

0.5…………kuca bez maltera i izolacije. losa stolarija

Jovan Krstić RenewableEnergyPro – tehničke kalkulacije

PRORAČUN POTREBNE ENERGIJE ZA GREJANJE VODE

Potrebna energija za grejanje vode (E)

E = zapremina vode …m3 x Dt°C (40 do 60) / 0,86 = … kWh

Primer potrebna snaga grejača za bojler 50 lit = 0,05m3 x 45°C / 0,86 = 2,6 kW).

Preko gore navedenih ekvivalenata moguće je proračunati količinu fosilnih goriva ili biomase. Ako se koriste fosilna goriva ili biomasa, količinu energenata i snagu kotla treba povećati u zavisnosti od enegetske efikasnosti kotla.

SOLARNA ENERGIJA

Grejanje vode (vodeni kolektori)

Max godišnja ušteda energije 45% ako je potrošnja kontinualna

Površina kolektora = (1,1 x vrsta kolektora x 50 lit po stanaru x broj stanara) / 60 = … m2

vrsta kolektora:

pločasti 1

vakumski 0,8

Primer: vrsta kolektora: pločasti, broj stanara 4

Površina kolektora = (1,2 x 1 x 50 x 4) / 60 = 4 m2

Grejanje prostora (vodeni kolektori)

Površina kolektora = vrsta kolektora x površina prostora x 0,2 /

(Izolacija/100)

Primer: Površina kolektora = (1 x 150 x 0,2) / 75/100) = 40 m2.

Izolovanost objekta:

Kl.fasada bez izo stolarija 90

Kl.fasada sa izo stol arija 75

Fas.stirop 5 cm, izo stolarija 50

Proizvodnja električne energije (fotovoltaik)

E1m2/godišnje = godišnja insolacija po 1 m2 (u kWh)* x 15% do 20%**

*zavisi od geografskog područja, za NS oko 1350 kWh/m2/god

** zavisi od proizvođača

Napomena: Za snagu od 1 kW potrebno oko 5 m2 panela.

ENERGIJA VETRA

Formula za izračunavanje snage koju ima vetar za vetrogeneratore sa horizontalnom osom glasi:

P = 1/2 x gustina vazduha* x površina rotora x brzina vetra³

*Gustina vazduha je oko 1.23 kg/m3

Primer:

Precnik rotora od 2m, brzina vetra 5 m/s, dobija se:

Širina krila 15-20% poluprečnika vetrenog kola.

(1 krilo koje pokriva površinu 100% velika osetljivost, mali br.obrtaja i mala snaga, veliki broj vrlo uskih krila, broj obrtaja će u pravilu biti veliki, ali zato će osetljivost biti vrlo mala).

P= 1/2 x 1.23 x 3,14 x 125 = 241,38 W

To su ipak samo teoretske vrednosti jer prema Betz-u maksimalna snaga je oko 59% od gore proračunatih 241,38 W, tj. 142,42 W, a u praksi od proizvođača 30% do 40% od 241,38 W, tj. 72,41 W do 96,55 W

Formula pokazuje da ako udvostručimo precnik rotora, možemo izvući 4 puta veću snagu, a ako udvostručimo brzinu vetra, možemo računati na 8 puta veću snagu.

Godišnja proizvodnje električne energije može se približno proračunati na osnovu godišnjeg broja vetrenih sati i prosečne brzine vetra.

Napomena: Solanijus i Darijus vetrogeneratori (vertikalne ose) imaju drugačije formule.

ENERGIJA VODOTOKOVA

Formula za izračunavanje snage pojednostavljeno glasi:

P = g x η x Q x h = …. kW.

Gde je:

g – gravitaciono ubrzanje 9,81 m/s

η – stepen efikasnosti turbine i generatora (0<h<1

Q – zapreminski protok (m3/s)

h – efektivan pad (m)

Primer: 9,81 x 0,83 x 0,1 x 10 = 8,14 kW.

η = 0,83

h = 25 m

Q = 0,1 m3/sec

Godišnja proizvodnja energije (E)

E = P×t = 8,14 kW × 24 h/dan × 365 dan/god = 70.330 kWh godišnje

GEOTERMALNA ENERGIJA

Snaga e.m.tp KW = potr.en / COP / br.dana.gr / br sati.gr na dan

Potrošnja struje e.m. topl.pumpe = snaga e.m.tp x br dana gr x br sati/dan.

Ukupna dužina bušotina u zemlji u metrima = (snaga e.m.tp x COP x 0,75) / 0,05

Količina vode iz bunara u sec = površ.grej / 100

Kol.term.vode u sec = (pov.grej/100) / (temp.term.v. -15)/6)

COP efik.topl.pump 3,5 – 5

Ukupna dužina bušotina u zemlji u metrima = (snaga e.m.tp x COP x 0,75) / 0,05

Količina vode iz bunara u sec = površ.grej / 100

Kol.term.vode (sec) = (pov.grej/100) / (temp.term.v. -15)/6)

Primer:

Površina grejanja 500 m2

Broj dana grejanja 150 godišnje

Broj sati grejanja na dan 18 h

Potrebna energija = površ.grej 500m2 x izolac (60 – 90 W/m2/1000) x br.dana gr

50 x br sati na dan 18 = 101250 kWh/god

COP (3,5 do 5) = 3,5

Snaga e.m.tp KW = potr.en 101.250 kWh/ COP 3,5 / br.dana.gr 150 / br sati.gr

na dan 18 = 10,7 kW.

Ukupna dužina bušotina u zemlji u metrima = (snaga e.m.tp 10,7 x COP 3,5 x 0,75) / 0,05 = 562 m

Količina vode iz bunara u sec = površ.grej / 100 = 5 lit/sec

Kol.term.vode (sec) = (pov.grej 500/100) / (temp.term.v. 33°C-15)/6) = 1,7 lit/sec

BIOMASA

Biomasa tehnologija – FTN Novi Sad

Primer za grejanje kuće:

Porodična kuća 200m2, godišnje energetske potrebe 30.000 kWh.

Pre investicije – grejanje na prirodni gas iz mreže

Snaga kotla na gas 24 kW

Potrošnja prirodnog gasa 3.800 Sm3/god

Posle investicije u kotao na bale slame (10kg)

Snaga kotla na bale slame 30 kW

Potrebna količina slame: 30.000 kWh / DTM 3,9 kWh/kg / η 0,55 = 14.000 kg/god

BIOGAS

Primer za kogeneraciju

Sirovinska baza: poljoprivredno imanje, farma 1200 muznih krava i poljoprivredno zemljište 1500 ha:

Raspoloživi supstrati: goveđi stajnjak 27.000 tona/god i 10.000 tona silaže kukuruza/god.

Snaga postrojenja = 1 Mwel.en + 1 MW topl.en neto

Potrošnja prirodnog gasa iz mreže za kontinuitet proizvodnje energije oko 300.000 Sm3/god.

Proizvodnja el.energije 8 mil.kWh/god

Proizvodnja topl.energije 8 mil.kWh/god

Čvrsti ostaci fermentacije 14.000 tona/god (đubrivo)

LinkedIn