List Saveza energeti~ara
Broj 2 / Godina XIII / Mart 2011.
UDC 620.9
ISSN br. 0354-8651
„
ekonomija „ ekologija
energija
ENERGETIKA 2011
Zlatibor, 23.03. – 25.03.2011.
Međunarodno savetovanje
u organizaciji Saveza energetičara
pod pokroviteljstvom
Ministarstva infrastrukture i energetike,
Ministarstva prosvete i nauke,
Ministarstva životne sredine, rudarstva i prostornog
planiranja, Ministarstva ekonomije i regionalnog
razvoja, PKS, JP EPS, NIS a.d. Novi Sad, JP EMS,
JP Srbijagas
ZLATNI SPONZOR
HITACHI Power Europe GmbH
SREBRNI SPONZOR
ENERGOPROJEKT
PRO TENT d.o.o.
Rudnap Group - Minel Kotlogradnja
E-Smart Systems d.o.o
BRONZANI SPONZOR
INSTITUT “Mihajlo Pupin - Automatika”
DONATOR
ELEKTROISTOK d.o.o.
FAAS d.o.o.
Montinvest a.d.
SPONZOR SVEČANOG OTVARANJA
I TRADICIONALNE VEČERE
Gruppo Zilio S.p.A
SPONZOR SVEČANOG OTVARANJA
I KOKTELA DOBRODOŠLICE
Konzorcijum za konsalting i inženjering u energetici
SAVETOVANJE SU POMOGLI
Ministarstvo infrastrukture i energetike
Ministarstvo prosvete i nauke
Ministarstvo životne sredine, rudarstva i prostornog planiranja
TE „Nikola Tesla“ d.o.o.; HE „Đerdap“ d.o.o.
Elektrovojvodina d.o.o.; EDB d.o.o.
RB “Kolubara” d.o.o.; TE KO Kostolac d.o.o.
Renewable Energy Ventures d.o.o.
Termo plus d.o.o.
energija
ekonomija
ekologija
„ekonomija „ekologija
energija
Energija/Ekonomija/Ekologija
IZDAVA^KI SAVET
Broj 2, mart 2011.
Milutin Mrkonji}, ministar za
infrastrukturu i energetiku
Oliver Duli}, ministar `ivotne
sredine, rudarstva i prostornog
planiranja
@arko Obradovi}, ministar
prosvete i nauke
Neboj{a ]iri}, ministar
ekonomije i regionalnog
razvoja
Prof.dr Milo{ Nedeljkovi},
dr`avni sekretar
Prof.dr Ivica Radovi},
dr`avni sekretar
Du{an Mraki}, dr`avni sekretar
Dr Kiril Krav~enko,
gen.dir. NIS a.d.
Dragomir Markovi},
gen.dir. JP EPS
Milo{ Bugarin, predsednik PKS
Jakovljev Vadim Vladislavovi~,
predsednik UO NIS a.d.
Aca Markovi}, predsednik
UO JP EPS
Ljubo Ma}i}, direktor Agencije
za energetiku Srbije
Dr Milo{ Milankovi}, gen.dir.
JP Elektromre`a Srbije
Du{an Bajatovi}, gen.dir.
JP Srbijagas
Sr|an Mihajlovi}, gen.dir.
JP Transnafta
Goran Boji}, gen.dir. JP PEU
Dr Tomislav Simovi}, gen.dir.
Montinvest AD
Vlada Milovanovi}, gen.dir.
Energoprojekta
Zoran Predi}, gen.dir. JKP
Beogradske elektrane;
Dr Bratislav ^eperkovi},
predsednik UO JP Transnafta;
Stevan Mili}evi}, direktor
EDB d.o.o.
Petar Kne`evi}, direktor
TENT, d.o.o.
Dragan Stankovi},
direktor HE „\erdap“, d.o.o.
Mijodrag ^itakovi}, direktor
Drinsko-Limske HE d.o.o.
Dragan Jovanovi}, direktor
TE-KO Kostolac
Predrag Radanovi}, iz. direktor
NIS Naftagas
Isidor Popadi}, iz. direktor
NIS Petrol
Slobodan Mihajlovi}, direktor
Elektrosrbija, d.o.o.
Neboj{a ]eran, direktor
RB Kolubara d.o.o.
Tihomir Simi}, direktor
Elektrovojvodina, d.o.o.
Milo{ Saramandi}, direktor
Panonske TE-TO d.o.o.
Vladimir Jeli}, direktor
JKP Novosadska toplana
Dragoljub Zdravkovi}, direktor
Jugoistok, d.o.o.
Boban Milanovi}, direktor
ED Centar, d.o.o.
Dr Svetislav Bulatovi}, direktor
EFT Group
Dr Nenad Popovi},
ABS Holding
Milorad Markovi}, predsednik
HK Minel
Dr Dragan Kova~evi}, gen.dir.
EI Nikola Tesla
Dr Vladan Batanovi}, gen.dir.
Institut „Mihajlo Pupin“
Osniva~ i izdava~
Savez energeti~ara
Predsednik SE
Prof. dr Nikola Rajakovi}
Sekretar SE
Nada Negovanovi}
Glavni i odgovorni urednik
Prof. dr Nenad \aji}
Adresa Redakcije
Savez energeti~ara
11000 Beograd
Knez Mihailova 33
tel. 011/2183-315
faks 011/2639-368
E-mail:[email protected]
www.savezenergeticara.org.rs
Kompjuterski prelom EKOMARK
Dragoslav Je{i}
[tampa
„Akademska izdanja“,
Beograd
Godi{nja pretplata
- 8.000,00 dinara
- za inostranstvo 16.000,00
dinara
Teku}i ra~un SE
broj 355-1006850-61
Radovi su {tampani u izvornom
obliku uz neophodnu tehni~ku
obradu.
Nijedan deo ove publikacije
ne mo`e biti reprodukovan,
presnimavan ili preno{en bez
prethodne saglasnosti Izdava~a.
Dr Zlatko Rako~evi}, gen.dir.
Instituta „Vin~a“
Pof.dr Miodrag Popovi},
dekan ETF Beograd;
Slobodan Babi},
Rudnap Group
Prof.dr Milo{ Gvozdenac,
Tehni~ki Fakultet Novi Sad
Prof.dr Milun Babi},
Ma{inski fakultet u Kragujevcu
Dr Vladimir @ivanovi}, SE
REDAKCIONI ODBOR
Slobodan Petrovi}, sekretar
Odbora za energetiku PKS
Prof. dr Ozren Oci}
Prof.dr Petar \uki}, TMF
Dragan Nedeljkovi}, novinar
Dr Vojislav Vuleti}, gen.sek.
Udru`enje za gas
Radi{a Kosti}, direktor
Elektroistok izgradnja
Savo Mitrovi}, direktor
Sever Subotica
Dr Branislava Lepoti}, dir.
JP Transnafta
Mom~ilo Cebalovi}, dir.za
odnose s javno{}u EPS
Dr Du{an Unkovi}, NIS a.d.
Jelica Putnikovi}, novinar
Miroslav Sofroni},
TENT d.o.o.
Mile Danilovi}, dir.
Termoelektro Enel
Prof.dr Vojin ^okorilo, RGF
Krstaji} Sekula, novinar
Roman Muli}, SE
Rade Borojevi},
Privredna komora Beograda
Nikola Petrovi}, dir.
ENERGETIKA d.o.o.
„ekonomija „ekologija
energija
ENERGETIKA 2011
ORGANIZACIONO – PROGRAMSKI ODBOR
Predsednik: Prof.dr Milun Babić, Mašinski fakultet u Kragujevcu
Sekretar:
Nada Negovanović, sekretar Saveza energetičara
Članovi:
Prof.dr Miloš Nedeljković, državni sekretar
Dr Milan Janković, predsednik PKB
Prof.dr Adriana Sida Manea, Politehnica-Universitety of Temisoara,
Romania
Prof.dr Dečan Ivanović, Mašinski fakultet Podgorica
Prof.dr Rade Biočanin, Univeritet Banja Luka
Prof.dr Esad Jakupović, Univerzitet APERION Banja Luka
Prof.dr Zdravko N.Milovanović, Mašinski fakultet Banja Luka
Mr Martin Ćalasan, Elektrotehnički fakultet Podgorica
Prof.dr Valentino Stojkovski, Mašinski fakultet Skopje
Denis Maksyutov JSC COTES RUSIJA
Prof.dr Jeroslav Živanić, dekan Tehničkog fakulteta u Čačku
Prof.dr Miroslav Babić, dekan Mašinskog fakulteta u Kragujevcu
Dr Bratislav Čeperković, iz.direktor JP EPS
Prof.dr Slobodan Vukosavić, Elektrotehnički fakultet Beograd
Prof.dr Miodrag Brkić, FTN Novi Sad
Prof.dr Željko Despotović, Institut Mihajlo Pupin Beograd
Dr Miodrag Arsić, Institut za ispitivanje materijala IMS Beograd
Ljubo Maćić, Predsednik Agencije za energetiku Srbije
Prof.dr Ozren Ocić, EU Fakultet za inženjerski internacionalni
menadžment
Slavko Pećanac, zam.gen.direktora NIS a.d.
Dr Milenko Jevtić, Institut Jaroslav Černi Beograd
Dr Tomislav Simović, gen.direktor Montinvest AD
Radiša Kostić, gen.direktor Elektroistok d.o.o. Beograd
Đorđi Biljanovski, zam.gen.direktora TENT d.o.o. Obrenovac
Mr Slobodan Tomović, pom.gen.dir. JP Srbijagas
Dr Vladana Rajaković, Građevinski fakultet Beograd
Dr Miodrag Mesarović, Savez energetičara
Prof.dr Vladimir Živanović, Savez energetičara
„ekonomija „ekologija
energija
Sadr`aj
[007] D. Vukotić, B. Todorović, N. Savić
Energetski pokazatelji konzumnog područja PD EDB
u periodu 2001 – 2010.
[016] P. Tasić, S. Međo
Opis stanja mreže 110 kV usled uklapanja novog voda
110 kV Beograd 1 – Beograd 28 i popravke kvara na
drugom kraju petlje koja napaja centar Beograda
[020] M. Vujičić, Z. Radonjić
Tehnički i komercijalni gubici električne energije
[024] S. M. Stojković
Analiza prelaznih procesa u distributivnoj mreži
sa priključenom malom elektranom
[032] S. Vukosavić, Ž. Despotović, N. Popov
Univerzalni elektronski merni modul za merenje struje
i napona elektrostatičkih izdvajača
[036] M. Nikolić, M. Bošković
Integracija informacionih podsistema sistema
daljinskog upravljanja EDB Beograd – integracione
tehnologije
[042] Z. Nikolić, D. Nikolić, V. M. Šiljkut
Ostrvsko napajanje manastira Hilandara korišćenjem
dizel agregata i fotonaponskih panela
[048] S. Damnjanović, N. Stevanović
Prelazne pojave kod eksperimentalnih kvarova
[053] B. P. Brnjada, M. M. Ostojić
Dinamički rad statorskim fluksom vođene asinhrone
mašine sa namotanim rotorom
[059] J. Mandić-Lukić, N. Simić
PLC komunikaciona mreža kao osnova inteligentnog
elektrodistributivnog sistema
[065] N. Popov, D. Mihić, S. N. Vukosavić
Procena temperature rotora velikih asinhronih motora
na osnovu merenja statorskih struja i napona
[069] D. Mihić, N. Popov, M. Terzić, S. N. Vukosavić
Optimizacija rada sinhronih generatora u
nekonvencionalnim izvorima
„ekonomija „ekologija
energija
[073] M. Arsić, Z. Odanović, M. Mladenović, Z. Savić, N. Milovanović,
Ž. Šarkoćević
Kompleksnost izrade projekta revitalizacije turbinske i
hidromehaničke opreme hidroelektrana
[079] T. Manojlović, M. Bulatović
Reinženjering hidromašinske opreme u HE“Perućica“
[085] D. Babunski, E. Zaev, A. Tuneski
Design of Robust control law for Hydroturbine and
SCADA simulation
[090] V. Stojkovski, Z. Kostić, A. Nošpal
CFD analiza strujnog prostora u odnosu na kavitaciski
režim rada kod Howell Bunger ventila sa ugrađenim
deflektorom
[094] I. Stojković, N. Cvjetićanin, S. Mentus
Vodene litijum-jonske baterije sa anodnim
materijalima na bazi oksida vanadijuma i katodom od
LiMn2O
[097] M. Ćalasan, M. Ostojić
Simulacija izbacivanja blok prekidača generatora u HE
“Perućica”
[103] B. Ćurčić
Gasna kriza kao upozorenje i mere za povećanje
digurnosti snabdevanja
[106] V. Ivanović, D. Ivanović, V. Pajković
Trigeneracija sa deponijskim gasom
[109] O. Ocic, I. Nikolić
Waste Plastics in Oil Derivatives Conversion
[116] D. Ivanović, V. Ivanović, B. Ćipranić
Analiza pada pritiska i temperature pri neizotermnom
strujanju nafte u neizolovanim hidraulički glatkim
naftovodima pri različitim temperaturama okoline
[126] M. Brkić, Ð. Dragojević, D. Živković, M. Živanov
Jedno rešenje za realizaciju sonde za merenje
temperature i provodnosti fluida u karotažnim
bušotinama
[129] N. Jovičić, G. Bošković, M. Milašinović, G. Vujić
Podizanje energetske efikasnosti procesa sakupljanja
komunalnog otpada
[135] S. Ćurčić, S. Milunović, S. Dragićević
Skladištenje i korišćenje biomasa od komunalnih
sistema u energetske svrhe
[140] R. Gligorijevic, J. Jevtic, Ð Borak
Dependence of the Diesel Exhaust Emissions on
Biodiesel Fuel Properties
[143] S. Dokić, T. Štula Vukušić
Ekološki aspekti primene prirodnog gasa kao
energenta
[147] M. M. Kuraica, B. M. Obradović, G. B. Sretenović
Koja je bolja tehnologija za odsumporavanje dimnog
gasa – ona koja proizvodi gips ili veštačko đubrivo?
[151] R. Biočanin, M. Badić, A. Isović
Ekspertsko ocenjivanje projekata i programa razvoja u
sistemu eko-bezbednosti
[160] B. Leković, V. Karović Maričić, D. Danilović
Korišćenje alternativnih goriva u cilju smanjenja
emisije CO2
„ekonomija „ekologija
energija
[165] M. M. Ninković
Renesansa nuklearne energije i zaštita od zračenja
[174] V. Šušteršič, N. Janković, M. Babić, D. Gordić
Projektovanje grejanja plastenika korišćenjem
toplotne pumpe
[178] R. Vujadinović, U. Karadžić, Lj. Bošković
Obnovljivi izvori energije kao alternativa dizel
agregatima u telekomunikacionim kompanijama
[184] A. Sida Manea, E. Dobanda, D. Catalin Stroita
Wind turbine for individual sites
[188] S. Subotić, D. Popović-Milovanović, B. Ðukić, D. Balkoski
Integracija vetrogeneratora u prenosni sistem
[194] Ð. Romanić, I. Jovičić
Uticaj dugoročnih promena brzine vetra na
proizvodnju električne energije iz vetroelektrana
[200] M. Ćalasan, V. Vujičić
Optimizacija omskog opterećenja elektrostatičkog
V-C generatora
[206] R. Ðurin Mančić, M. Kostić, N. Kostić
Energetska konstanta solarne energije u urbanim
blokovima (U kontekstu šestog ekoman zakona)
[208] M. Regodić, V. Tadić
Primena satelitskih snimanja pri praćenju
atmosferskih pojava
[212] D. Kovač
Efikasnost parnog kotla loženog teškim tečnim
gorivom
[222] T. Simović, M. Gvozdenović, B. Jugović, T. Trišović
Sistem za održavanje optimalne koncentracije
inhibitora i PH u rashladnim sistemima
[226] M. Banjac, U. Dekić
Analiza rada vodenog skladišta sunčeve energije kao
sezonskog toplotnog rezervoara toplotne pumpe
[232] Z. Bajić, D. Stublinčević, D. Popović, M. Bajić
Pepeo termoelektrana postaje sekundarna sirovina
[237] J. Kon, M. Crnčević
Organizacione i projektno-tehničke novine sistema
osmatranja i obaveštavanja
[242] Z. Stojanović, I. Gajić, M. Jovanović, M. Milić
Mogućnosti ušteda energije i vremena startovanja
blokova TENT B (2x620MWe)
[245] S. Cicović, P. Šekeljić
Imovinsko pravni poslovi gradnje TENT 3
energija
mr Dušan Vukotić, dipl. el. ing, Branka Todorović, dipl. el. ing,
Nataša Savić, dipl. el. ing,
PD ˝Elektrodistribucija – Beograd˝ d.o.o., Beograd, Srbija
UDC: 621.316.17 : 621.317.38 (497.11) “2001/2010”
Energetski pokazatelji
konzumnog područja PD
EDB u periodu 2001 – 2010.
1 Uvod
U radu je dat kumulativan prikaz
karakterističnih energetskih
pokazatelja za konzumno područje
PD EDB za period od 2001. do
2010.godine. Odabrani period
predstavlja prvu dekadu XXI veka,
koja je karakteristična po tome
što je nastupila neposredno nakon
bombardovanja i ratnih dejstava
u našoj zemlji. Takođe, samo
početak ovog period je obeležen i
primenom dugotrajnih (havarijskih
i selektivnih) planova u ograničenju
isporuke električne energije zbog
problema u proizvodnji električne
energije i nemogućnosti da se
podmiri rastuća potrošnja, koja
je beležila skokovit porast zbog
izuzetno niske cene električne
energije u tom periodu. Posmatrani
period obuhvata i promenu tarifne
politike, koja je nastupila 2002.
godine, a koja je značajno uticala na
smanjenje energetskih pokazatelja
DEES EDB, pri čemu su tek krajem
posmatranog perioda dostignuta
ostvarenja sa njegovog početka.
2 Karakteristike konzuma
PD EDB
PD EDB obezbeđuje kontinuirano
i kvalitetno snabdevanje kupaca
električnom energijom na
konzumnom području od 2838
km2 koje obuhvata 16 gradskih
opština, gde u 123 naselja živi preko
1.700.000 stanovnika. Na kraju
2010.godine, PD EDB snabdeva
električnom energijom 808.029
kupaca električne energije, od kojih
su oko 750.000 kupaca iz kategorije
“domaćinstva” [1, 2].
Na slikama 1 i 2, kao i u tabeli 1, dati
su energetski parametri na godišnjem
Sažetak
U radu je dat prikaz energetskih pokazatelja konzumnog područja
PD „Elektrodistribucija Beograd“ u periodu od 2001. – 2010.godine,
tokom kojeg je došlo do promene tarifne politike (2002.godine) koja je
prouzrokovala nagli pad opterećenja na konzumnom području. Tokom
poslednjih godina posmatranog perioda došlo je do porasta opterećenja,
što je rezultiralo ostvarenjima dnevnih protoka koji su nadmašili ostvarenja
tokom prvih godina posmatranog perioda, ali i do rekordnih ostvarenja
dnevnih protoka i vršne snage na posmatranom konzumnom području.
Takođe, u radu je dato kretanje opterećenja u posmatranom periodu po
konzumnim područjima izvornih transformatorskih stanica 110/35 kV i
110/10 kV distributivne elektroenergetske mreže PD EDB, sa posebnim
osvrtom na efekte intenzivne elektrifikacije i gasifikacije koja je sprovedena
tokom posmatranog perioda na gradskom i prigradskom delu konzumnog
područja.
Ključne reči: vršno opterećenje, dnevni protok, elektroenergetski bilans,
konzumno područje.
Abstract
This paper presents the energy indicators of consumption area of EDB –
Electric Utility of Belgrade for the period 2000 - 2010, during which there
had been changes in tariff policy (2002) which caused a sharp drop in load
on the consumption area. During the last years of the period there was an
increase in load, resulting in a daily flow of energy that have surpassed
achievements during the first years of the period, but also to achieve a record
of daily flow of energy and peak load of the observed consumption area. Also,
the movement of the consumption is given in the period by the areas of the
main transformer stations 110/35 kV and 110/10 kV of electric distribution
network of EDB, with special emphasis on the effects of intense gasification
and connection within city heating system, which was conducted during the
period of urban and suburban area of consumption area.
Key words: peak load, daily flow, power balance, a consumption area.
nivou (preuzeta aktivna energija i
vršna aktivna snaga) konzumnog
područja EDB za posmatrani period
od 2001. do 2010.godine. Uočava se
smanjenje preuzete aktivne energije
i vršne snage tokom 2002.godine, ali
i trend smanjenja vršnog opterećenja
tokom naredne dve godine. Nakon
promene tarifne politike, trend
[007]
rasta preuzete energije beležio je
nešto manji porast i praktično je
konstantan. Za razliku od prosečene
stope raste koja je u nekim dekadama
XX veka i bila veća od 8%, u
posmatranom periodu prosečna stopa
je 1,9%. Važno je napomenuti da je
zabeležena nešto veća stopa rasta u
poslednjih pet godina a koja iznosi
energija
Slika 1 Godišnja preuzeta aktivna energija konzuma
Slika 2 Godišnja vršna aktivna snaga konzuma
Tabela 1 Prikaz godišnje preuzete energije i aktivne vršne snage na konzumnom području EDB
Tabela 2 Prikaz strukture kupaca električne energije na konzumnom području EDB
energije i načina njenog
korišćenja kod kategorije
“domaćinstva” u odnosu na
industrijske kupce električne
energije će u perspektivi
povećati debalans raspoložive
energije. U posmatranom
periodu niska cena električne
energije nije omogućila
da se obezbede dovoljna
investiciona sredstva koja
bi se usmerila na izgradnju
i revitalizaciju postojeće
elektrodistributivne mreže,
osim na nižim naponskim
Tabela 4 Prikaz broja i instalisane snage transformatorskih stanica x/10 kV na kraju 2010.
nivoima (SN i NN), gde
je bilo potrebno podmiriti
zahteve za priključenje novih
kupaca na tim naponskim
nivoima. Kao što se može
uočiti u tabeli 3, praktično na
naponskim nivoima 110 i 35
kV nije bilo izgradnje novih
vodova,
pre svega zbog nedostatka
2,3%, pri čemu je sasvim sigurno da
nivo na njegovom početku, prosečna
će se stopa rasta preneti u narednu
stopa rasta vršnog opterećenja je vrlo finansijskih sredstava, ali i zbog
postojanja pravnih barijera koje
dekadu. Budući da je vršna snaga na
mala i iznosi 0,3%.
su bile postavljene pred izgradnju
kraju posmatranog perioda dostigla
Izrazito nepovoljan odnos preuzete
Tabela 3 Prikaz strukture elektrodistributivne mreže na konzumnom području EDB
[008]
energija
Tabela 5 Prikaz broja i instalisane snage transformatorskih stanica 10/0,4 kV
Slika 3 Preuzeta mesečna aktivna energija
velikih elektroenergetskih objekata
(EEO). Takođe, tokom 2006.godine
došlo je do predaje nadležnosti nad
110 kV nadzemnim vodovima koji
su tada postali osnovno sredstvo
JP EMS. U 2010.godini je došlo
do puštanja u pogon vodova od TS
„Beograd 1“ koji treba da raseku
„beogradsku petlju“, ali oni nisu
predati u osnovno sredstvo EDB.
Na slikama 3 i 4 prikazane su
mesečne aktivne energije preuzete
tokom posmatranog perioda, po
godinama i mesecima, respektivno.
Jasno se uočava efekat stalnog
povećanja preuzete mesečne aktivne
energije tokom letnjih meseci.
Takođe, treba uočiti trend smanjenja
razlike između letnjih i zimskih
ostvarenja preuzete energije. Na Slici
4 uočava se manji porast preuzete
Slika 4 Preuzeta aktivna energija (po mesecima)
energije u toku zimskih meseci u
odnosu na letnje, gde je trend porasta
vrlo izražen iz razloga prekomerne
upotrebe uređaja za klimatizaciju. U
prelaznom periodu (proleće/jesen),
preuzeta aktivna energija je izuzetno
osetljiva na meteorološke prilike, pri
čemu ostvarenja preuzete energije
imaju izražen trend rasta.
Na slikama 5 i 6 prikazane su
mesečne aktivne energije u doba više
i niže tarife (VT/NT), po mesecima.
Uočava se nakon promene tarifnog
sistema 2002.godine, kada se odnos
korišćenja u doba (VT/NT =12 h
/ 12h) promenio na (VT/NT =16
h / 8h), da je došlo do srazmerne
preraspodele energije u okviru novih
tarifnih stavova na koju je uticala i
nešto veća cena električne energije.
U zimskim i letnjim periodima,
Slika 5 Preuzeta mesečna aktivna energija u doba VT
[009]
u godinama nakon primene nove
tarifne politike, uočava se brži
porast preuzete mesečne energije
u doba VT, što je posledica većeg
korišćenja energije u popodnevnim
i večernjim časovima. Na Slikama
7 i 8 prikazana su ostvarenja
vršnim mesečnih aktivne snage
tokom prethodnih deset godina, po
godinama i mesecima, respektivno.
Posmatranjem letnjih meseci (juni,
juli, avgust) može se uočiti da tokom
godina skokovito raste tropski uticaj
leta na povećanje preuzete aktivne
snage. Interesantno je da i mesec
maj, kao prelazni mesec, u mnogome
zavisi od meteoroloških uslova, te je
veoma teško povući granicu između
karakterističnih doba u godini.
Takođe, treba uočiti trend smanjenja
razlike između letnjih i zimskih
Slika 6 Preuzeta mesečna aktivna energija u doba NT
energija
Slika 7 Ostvarena mesečna aktivna vršna snaga
Slika 8 Ostvarena aktivna vršna snaga (po mesecima)
Slika 9 Dnevna vršna snaga na konzumu EDB
Slika 10 Preuzeta dnevna energija na konzumu EDB
maksimuma u pogledu vršne snage,
pri čemu je taj odnos smanjen sa oko
2,7 puta na 1,7, dok je u pogledu
preuzete energije taj odnos smanjen
sa 2,4 puta na 1,9.
Na slikama 9 i 10 prikazani su
maksimalni dnevni protoci i vršne
snage tokom prethodnih petnaest
zimskih perioda, i na kojima se
može jasno uočiti pad energetskih
pokazatelja usled promene tarifne
politike, ali i značajan uticaj
meteoroloških prilika na konzumnom
području koji su u velikoj meri
uticali na ostvarenja maksimalnih
protoka i vršnih snaga. Posle perioda
krajem devedesetih godina, gde je u
okviru iste tarifne politike dolazilo
do trendovskog rasta opterećenja,
usledio je period stagnacije. Došlo je
do smanjenja u pogledu vršne snage
od skoro 11%, dok je u pogledu
dnevnog protoka smanjenje nešto
manje i iznosilo je 7%. Nakon tog
period stagnacije usledio je period
ponovnog trendovskog rasta,
izuzetno zavisnog od meteoroloških
uslova, pri čemu se može reči da je
srednji godišnji trend rasta iznosio
oko 3% u snazi, i oko skoro 2% u
energiji.
3 Meteorološke
karakteristike konzuma
EDB
U posmatranom periodu došlo
do povećanja srednjih mesečnih
temperatura u odnosu na 125-o
Tabela 6 Prikaz srednjih mesečnih temperatura na konzumnom području PD EDB
[010]
godišnji prosek (od kada se
meri i registruje temperatura) na
konzumnom području Beograda,
pri čemu je taj porast nešto veći
tokom letnjeg perioda, nego tokom
zimskog perioda. Prikazani podaci
u okviru tabele 6, kao i na slici 11,
jasno ilustruju efekat „globalnog
zagrevanja“ koji je identifikovan
u poslednjoj deceniji. Ovakvo
izrazito povećanje srednjih mesečnih
temperatura tokom letnjim meseci
dovelo je do povećanja energetskih
pokazatelja, koji beleže skokovit
rast, a koji je posledica intenzivnog
korišćenja uređaja za klimatizaciju
u domaćinstvu, ali i u velikim
poslovnim objektima.
energija
4.1 Transformatorske
stanice 110/35
kV
U toku
posmatranog
perioda,
ostvarena su
vršna opterećenja
transformatorskih stanica
110/35 kV, koja
su u vlasništvu
JP EMS, ispod
odobrenih snaga
za predmetna
merna mesta,
osim kod
transformatorske
stanice „Beograd
10“, koja napaja konzumno
područje GO Obrenovac. Predmetna
transformatorska stanica ima
očekivanu vrednost iznad nominalne
vrednosti, i kao takva već duži
niz godina je najopterećenija
transformatorska stanica na našem
konzumnom području. Iz razloga
ostvarenja nešto hladnijih zima u
poslednjih par godina, došlo je do
porasta broja transformatorskih
stanica u intervalima od (80-90%)
(prikazano na Slici 12).
Na slici 13 prikazan je dijagram
maksimalnog opterećenja transformatorskih stanica, pri čemu
je hronološki prikaz uređen po
objektima. Sa dijagrama se uočava
da je većina transformatorskih
stanica imala izražen rast
opterećenja iz razloga apsolutnog
porasta opterećenja konzuma,
dok sa druge strane, opterećenja
transformatorskih stanica “Beograd
11” i “Mladenovac” beleže blagu
stagnaciju iz razloga intenzivne
gasifikacije i toplifikacije njenih
Slika 11 Dijagram srednjih mesečnih temperatura u periodu
2001 – 2010.
Porast srednjih mesečnih temperatura
u letnjem periodu tokom poslednjih
godina, doveo je do toga da su
na nekim delovima gradskog
konzumnog područja vršna
opterećenja tokom letnjeg prioda
nadmašila ostvarenja tokom zimskog
perioda.
4 Analiza opterećenosti
elemenata mreže
Na konzumnom području EDB
problem neizgrađenosti prenosnog
sistema, u pogledu izvorišnih tačaka
je dodatno izražen. Predviđena
izgradnja novog čvornog napojnog
izvorišta TS 220/110 kV “Beograd
20” se pomera iz godine u godinu, pa
iako je planirano da se ta investicija
završi u posmatranom periodu do toga nije došlo. Izgradnjom
pomenute nove izvorišne tačke
omogućiće se perspektivan razvoj
i oblikovanje 110 kV mreže na
konzumnom području EDB u
narednom periodu.
Slika 12 Histrogram maks. opterećenja TS 110/35 kV
[011]
konzumnih područja. U pogledu
ostvarenja stalnog trenda rasta
maksimalnog opterećenja, može se
konstatovati da su transformatorske
stanice: “Beograd 5”, “Beograd 7”
i “Beograd 9”, imale izražen trend
rasta opterećenja, pa se sa velikom
izvesnošću može prognozirati
da će se taj trend rasta nastaviti,
budući da napajaju područja sa
intenzivnom gradnjom. Porast
opterećenja na konzumnom području
transformatorske stanice „Beograd
2“ je posledica rekonfiguracije mreže
u cilju smanjenja opterećenja u
transformatorskoj stanici „Beograd
35“.
4.2 Transformatorske stanice
110/(35)/10 kV
U toku posmatranog perioda,
ostvarena su vršna opterećenja kod
nekih transformatorskih stanica,
koje su premašivala svoje odobrene
snaga za predmetna merna mesta.
Pri vođenju pogonskog stanja
DEES, kada nije moguće kod većine
transformatorskih stanica obezbediti
optimalno uklopno stanje usled
kvarova i/ili planirani radova, često
su zabeležena vršna opterećenja koja
se znatno razlikuju od prognoziranih
(očekivanih) vršnih opterećenja za
pojedine transformatorske stanice.
Takođe, iz razloga ostvarenja nešto
hladnijih zima u poslednjih par
godina, došlo je do porasta broja
transformatorskih stanica preko
100% instalisane snage (prikazano
na slici 14).
Na slici 15 prikazan je dijagram
maksimalnog opterećenja, pri čemu
je hronološki prikaz uređen po
objektima. Sa dijagrama se uočava
da je većina transformatorskih
stanica imala izražen rast
opterećenja iz razloga apsolutnog
Slika 13 Prikaz maks. opterećenja TS 110/35 kV
energija
Slika 14 Histrogram maks. opterećenja TS 110/(35)/10 kV
porasta opterećenja konzuma.
Najopterećenija transformatorska
stanica već duži niz godina je
„Beograd 13“, za koju su već
pripremljeni opsežni planovi
rekonstrukcije i povećanja
kapaciteta, a kojima treba da se
eliminiše prisutno preopterećenje.
Sa druge strane, pad opterećenja
transformatorskih stanica „Beograd
1“ i „Beograd 40“ je posledica
rekonstrukcije predmetnih EEO
uz izvršeno povećanje instalisane
snage ili uz ugradnju drugog
transformatora. Izuzetan trend rasta
opterećenja beleže transformatorske
stanice: „Beograd 16“, „Beograd
19“, „Beograd 27“ i „Beograd 33“,
koje su već premašile odobrene
snage, budući da napajaju konzumna
područja sa intenzivnom gradnjom
i sa sigurnošću se može reći da
će se taj trend rasta nastaviti i
narednih godina. Takođe, izvestan
trend rasta opterećenja sopstvenog
konzuma beleži i transformatorska
stanica „Beograd 12“, na čijem se
konzumnom području nalaze i grade
novi veliki poslovni objekti.
Pre par godina izgradnjom
transformatorske stanice „Beograd
36“ rešen je dugogodišnji problem
u napajanju GO Vračar, pri čemu
je izvršeno značajno rasterećenje
„Beograda 15“, a kroz naredne
faze uklapanja biće rešen problem
i preopterećenja susednih
transformatorskih stanica 35/10
kV („Konjarnik“, „Smederevski
put“, „Dušanovac“, „VI muška“).
Najmanje je bila opterećena
transformatorska stanica ˝Beograd
22˝ sa maksimalnim opterećenjem
ispod 5%. Važno je napomenuti
da je njena rekonstrukcija pri
kraju i u najskorije vreme očekuje
se njeno uklapanje u 10 kV
Slika 15 Prikaz maks. opterećenja TS 110/(35)/10 kV
elektrodistributivnu mrežu, čime
će se steći uslovi da se ugasi TS
35/10 kV „Barič“, a u cilju dugo
očekivanog rasterećenja „Beograda
10“. Preuzimanjem direktnih
kupaca JKP „Beogradski vodovod
i kanalizacija“ i „VTI“, u okviru
konzumnog područja EDB, iskazuju
su se i nove transformatorske
stanice tih kupaca („Beograd 32“ i
„Beograd 21“), ali sa izuzetno malim
opterećenjem koje se kreće oko 20%
svoje instalisane snage.
Milenka“, „Šiljakovac“, „Borča 2„ i
„Zemun – Novi Grad“, za koje se već
pripremljeni planovi rekonstrukcije,
ali i povećanja kapaciteta instalisane
snage u nekima od njih, čime će se
eliminisati njihovo dugogodišnje
preopterećenje. Blizu nominalnog
opterećenja su transformatorske
stanice: „Resnik“, „Krnjača“,
„Obrenovac“, „Smederevski put“,
„Konjarnik“ i „Dušanovac“.
Na konzumnom području EDB
postoje i transformatorske stanice
koja nisu prelazila 30% nominalne
instalisane snage: „Toplana Cerak“
(ispod 20%) i „Frikom“ (oko 8%).
Takođe, postoje i transformatorske
stanice koje nisu opterećene:
„Šećerana“, „VP Žarkovo“ i „IKL“.
4.3 Transformatorske stanice
35/10 kV
Na Slici 16 se može uočiti da je
došlo do neočekivanog porasta
broja transformatorskih stanica u
intervalu opterećenja (80-90%), kao
i iznad 100%, prethodne godine,
5 Karakteristike
što je direktna posledica dispariteta
opterećenja
cena energenata, kada su se kupci
I
u
pogledu ponašanja kupaca na
ponovo masovno vratili na grejanje
konzumnom području EDB došlo
putem električne energije i to na
je promena tokom ovih prethodnih
područjima koja su gasificirana
(Batajnica, Resnik). Sa druge strane, godina, budući da su promene doba
i odnosa trajanja VT i NT uticale na
optimalne stalne granice na 10 kV
promenu njihovih navika u pogledu
elektrodistributivnoj
mreži kod većine
Slika 16 Histrogram maksimalnog opterećenja TS 35/10 kV
transformatorskih
stanica 35/10 kV
po pravilu nisu bile
na planiranim, iz
razloga kvarova i
realizacije planiranih
radova na DEES,
što je u velikoj
meri prouzrokovalo
odstupanja od
očekivanih
maksimalnih
opterećenja.
Najopterećenija
transformatorske
stanice već duži niz
godina su: „Grčića
[012]
energija
Tabela 7 Prikaz energetskih pokazatelja konzuma za karakteristične hladne dane
Tabela 8 Prikaz energetskih pokazatelja konzuma za karakteristične tople dane
Slika 17 Uporedni dijagram opterećenja konzuma za karakteristične:
b) tople dane
a) hladne dane
korišćenja električne energije.
Promena se odnosila pre svega na
intenzivnije korišćenje NT tokom
noćnih, a naročito jutarnjih časova,
ali i sa druge strane, tokom večernjih
sati, što je direktna posledica
povećanja standarda naših građana
nakon dugotrajnog kriznog perioda.
Na slici 17a prikazan je uporedni
dijagram opterećenja konzuma
za pet karakterističnih (hladnih)
dana tokom prethodnih zimskih
perioda pri sličnim meteorološkim
parametrima (tabela 7).
Na osnovu prikazanih podatka
jasno se može uočiti da je došlo do
povećanja opterećenja tokom noćnog
perioda NT, ali i smanjenja tokom
dnevnog perioda VT, pri čemu je
karakteristično to da su globalni i
lokalni maksimumi praktično na
istom nivou kao prethodnog zimskog
perioda. Potrebno je napomenuti
da su opterećenja na dijagramima
zabeležena pri različitim tarifnim
satnicama, koja su bila na snazi
tokom prethodnih godina. Na slici
17b prikazan je uporedni dijagram
opterećenja konzuma za pet
karakterističnih (toplih) dana tokom
prethodnih zimskih perioda pri
sličnim meteorološkim parametrima
(tabela 8). Sa dijagrama se uočava
da je došlo do neznatnog smanjenja
kako vršne dnevne snage, tako i
ukupne dnevne energije, pri sličnim
meteorološkim parametrima,
što je u ovom slučaju direktna
posledica termičke inercije. Važno
je napomenuti da je dinamika
dijagrama nešto promenjena, pri
čemu je više nije dominantan lokalni
jutarnji maksimum, već večernji
maksimum.
[013]
Na slici 18a prikazani su uporedni
dijagrami opterećenja 10 kV izvoda
preko koga se napajaju kupci koji
se greju putem električne energije
za karakteristične hladne dane.
Sa dijagrama se jasno uočava
praktično isti oblik dijagrama, pri
čemu su zabeležena relativno manja
povećanja protoka tokom noćnih
i jutarnjih termina, ali i smanjenja
tokom večernjih termina. Na Slici
18b prikazan je uporedni dijagram
opterećenja 10 kV izvoda tokom
prethodnih zimskih perioda za
karakteristične tople dane, preko
koga se napajaju kupci koji se greju
putem električne energije, na kome
se uočava da je došlo do relativnog
smanjenja lokalnog maksimuma.
Smanjenje je prisutno, kako u
jutarnjem, tako i tokom noćnog
perioda, iz razloga racionalnijeg
korišćenja tog termina od strane
energija
Tabela 9 Prikaz pokazatelja opterećenja 10 kV izvoda (“termaši”) za karakteristične hladne dane
Tabela 10 Prikaz pokazatelja opterećenja 10 kV izvoda (“termaši”) za karakteristične tople dane
Slika 18 Uporedni dijagram opterećenja opterećenja 10 kV izvoda (“termaši”) za karakteristične:
b) tople dane
a) hladne dane
kupaca. Što se tiče poslepodnevnog
perioda korišćenja od strane kupaca,
opterećenje je praktično na istom
nivou.
Na slici 19a prikazan je uporedni
dijagram opterećenja 10 kV izvoda
preko koga se napajaju kupci koji
se greju putem daljinskog sistema
grejanja, sa koga se jasno uočava
da je opterećenja praktično na istom
nivou kao prethodnog zimskog
perioda, kako tokom jutarnjeg, tako i
tokom večernjeg termina. Što se tiče
noćnog minimuma, on je već duži
period na istom nivou i praktično je
nepromenljiv. Na slici 19b prikazan
je uporedni dijagram opterećenja 10
kV izvoda tokom prethodnih zimskih
perioda za karakteristične tople dane,
preko koga se napajaju kupci koji
se greju putem daljinskog sistema
grejanja, i na kome se uočava da je
dinamika opterećenja zadržana, i
da je opterećenje tokom poslednjih
zimskih perioda praktično na istom
nivou.
6 Zaključak
U posmatranom periodu na
konzumnom području došlo je do
značajnog smanjenja energetskih
pokazatelja usled primene nove
tarifne politike, koja je pored
promene trajanja doba VT i NT,
donela i značajnije poskupljenje
električne energije koje je kupce
destimulisala da koriste električnu
energiju za grejanje. Takođe, period
koji je nastupio posle toga doneo
je sa sobom opsežne radove na
toplifikaciji pretežno urbanih delova
grada i centralnih gradskih zona, ali
[014]
i radove na gasifikaciji prigradskih
delova konzumnog područja. Sve je
to dovelo do toga da se energetski
pokazatelji smanje u odnosu na
poslednju dekadu XX veka. Ali već
od druge polovine posmatranog
perioda ponovo je došlo do
povećanja energetskih parametra, pre
svega zbog delimičnog oživljavanja
male i srednje industrijske
proizvodnje, kao i izgradnje velikih
poslovnih objekata naročito na
području Novog Beograda, ali i
intenzivne individualne gradnje u
prigradskim delovima konzumnog
područja. Prisutan trend rasta
u drugoj polovini posmatranog
perioda nije adekvatno bio ispraćen
investicionim radovima na izgradnji
elektrodistributivne mreže, kao
ni napojnih transformatorskih
energija
Tabela 11 Prikaz pokazatelja opterećenja 10 kV izvoda (“daljinsko”) za karakteristične hladne dane
Tabela 12 Prikaz energetskih pokazatelja opterećenja 10 kV izvoda (“daljinsko”) za karakteristične tople dane
Slika 19
Uporedni dijagram opterećenja opterećenja 10 kV izvoda (“daljinsko”) za karakteristične:
b) tople dane
a) hladne dane
stanica, naročito na naponskim
nivoima 110 i 35 kV. To je dovelo
do značajnog naprezanja SN i NN
elektrodistributivne mreže, što je
rezultiralo povećanjem tehničkih
gubitaka. Imajući u vidu trenutni
disparitet cena električne energije
u odnosu na druge energente,
sasvim je sigurno da će i u narednoj
dekadi doći do značajnijeg
porasta energetskih pokazatelja na
konzumnom području EDB, jer su
već događaji koji su bili vezani za
probleme u snabdevanju gasom
(„gasna kriza“) tokom 2009.godine,
pokazali koliko je konzum EDB
dominantno osetljiv u odnosu na
grejanje.
7 Literatura
[1] Godišnji izveštaji o opterećenju
elementa mreže PD EDB tokom
zimskih perioda 2000 -2011.
godine
[2] Interna tehnička dokumentacija
PD EDB
[015]
energija
Predrag Tasić, Svetlana Međo, „Elektrodistribucija Beograd“, Srbija
UDC: 621.316.1 : 621.316.9.004.6 (497.11)
Opis stanja mreže 110 kV
usled uklapanja novog
voda 110 kV Beograd 1 –
Beograd 28 i popravke kvara
na drugom kraju petlje koja
napaja centar Beograda
Uvod
U distribuciji električne energije
kablovi zauzimaju dominantno
mesto. Projektovanje velikih
elektroenergetskih sistema i
međusobna konekcija učinili su
to da kablovi u prenosu dobijaju
sve više na značaju. Kablovske
arterije u gradu povezuju napojne
transformatorske stanice u vidu
prstena što omogućava pouzdano
snabdevanje električnom energijom
gradskog područja i važnih objekata.
Pored potreba u prenosu, takođe
i u distributivnim mrežama, u
velikim gradskim centrima, gde je
u srce grada instalisana snaga od
nekoliko stotina MVA, traži se nova
generacija visokonaponskih kablova.
Kako su prenosne moći kablova
reda i više desetina MVA, i kako
je neophodno vreme za popravku
kablovskih vodova, za gradske mreže
se predviđaju principijelna rešenja
koja obezbeđuju rezervno napajanje
za slučaj jednostrukog kvara na
kablovima.
Stanje petlje 110 kV posle polaganja vodova iz TS Beograd 1
ka TS Beograd 14 i TS Beograd
28
S obzirom da se planira izgradnja
nove TS 400/110 kV/kV Beograd
20 u sklopu studije neophodno je
uklapanje novih kablovskih vodova
110 kV na konzumu grada Beograda.
U TS 110/35 kV/kV Beograd 1
montiran je portal gde će se uklopiti
budući dupli 110 kV nadzemni
vod. Završnice voda 110 kV 1203/1
Beograd 14 (Kalemegdan) – Beograd
28 (Pionir) su demontirane iz TS
110/10 kV/kV Beograd 28 i jedan
od novopoloženih vodova 1234 sa
portala iz TS Beograd 1 je ukopljen
u TS Beograd 28, 110 kV postrojenje
izolovano SF6 gasom, polje E2.
Standardizovane konstrukcije
kablovskih uvodnika u SF6
postrojenje postoje praktično za
sve kablove poprečnog preseka od
2000mm2. U pojedinim slučajevima
konstrukcija se može podesiti
prema potrebi. Kablovski uvodnik
je u metalnom oklopu cilindričnog
oblika u kome jedan sloj unutrašnje
izolacije od sintetičke smole razdvaja
izolaciju kabla od izolacionog gasa.
Spoj između provodnika kabla
i cilindričnog provodnika SF6
postrojenja obezbeđuje elektroda
bez tinjanja. Cilindrična cev između
ove elektrode i prvog potpornog
izolatora se za vreme ispitivanja
kablova jednosmernim naponom
može da demontira sasvim lako.
Na kablovski uvodnik se može
postaviti naponski transformator. Za
ispitivanje kablova se na slobodne
prirubnice mogu priključiti ispitni
provodni izolatori ili ispitni kablovi.
Proizvođač kablova isporučuje
kablovsku glavu sa prevlakom od
sintetičke smole, donju armaturu
i armaturu glave za pričvršćivanje
spojne elektrode. U isporuke koje
treba da obavi proizvođač postrojenja
spadaju oklopno kućište i strujna
veza za povezivanje postrojenja sa
elektrodom.
U blizini TS Beograd 28 je
montirana kablovska spojnica kojom
je povezan drugi novopoloženi
vod 1203/1 iz TS Beograd 1 sa
demontiranim vodom Beograd 14 –
Beograd 28.
Dva novopoložena voda 1203/1 i
1234 su prespojena na portalu u
[016]
TS Beograd 1, a tek puštanjem pod
napon TS Beograd 20 ova petlja će
dobiti svoju pravu ulogu, gde će se
formirati novi kablovski vodovi 110
kV Beograd 1 – Beograd 14 (1203/1)
i Beograd 1 – Beograd 28 (1234).
Da bi se obavili ovi planirani radovi
neophodno je bilo na duži vremenski
period obezbediti beznaponsko
stanje kablovskog voda Beograd
14 – Beograd 28. U međuvremenu
došlo je do ispada 110 kV voda 1151
Beograd 17 - Beograd 15 (Slavija),
gde je Dispečerski centar EDB-a od
Regionalnog dispečerskog centra
Beograd obavešten da je došlo do
reagovanja podužne diferencijalne
i distantne zaštite u prvom stepenu
Slika 1
1 – kućište, 2 – elektroda, 3 – aramtura
priključka, 4 - izolator
energija
Procedura zamrzavanja oštećene
faze
Svi iskopni radovi se strogo moraju
obavljati ručno, pomoću ašova
i lopate. Tečnim azotom se vrši
zamrzavanje oštećene žile kabla 110
kV. Zatim sledi izdvajanje oštećene
žile i montiranje oklopa za 10 kV
spojnicu koji se pokazao veoma
korisno u ulozi postolja za crevo
kroz koji protiče tečni azot. Montaža
se vrši tako što se prvo oko žile
obmota traka a zatim se preko trake
namontira oklop spojnice 10 kV
kroz čiji će se otvor na vrhu spustiti
crevo kroz koje će se pustiti tečni
azot pod pritiskom. Zatim puštamo
tečni azot pod pritiskom iz cisterne
preko creva koje će se spustiti u
otvor na vrhu oklopa spojnice 10 kV.
Ovako se počinje sa zamrzavanjem
kabla, a inače tečni azot zamrzava do
temperature od -196 оC. Nakon pola
sata zamrzavanja pretpostavlja se da
je došlo do zastoja protoka ulja kroz
kabl i onda se dopunjuju tankovi na
pritisak od 1,06 do 1,1 bar. Treba
voditi računa o tačnom odabiru žile
koju treba lediti jer posle svake
zaprečne spojnice dolazi do ukrštanja
žila zbog poništavanja struja koje se
formiraju u plaštu kabla.
Tečni azot veoma dobro ledi imože
se primetiti da se i oklop spojnice
10 kV i kabl u njemu veoma dobro
smrznu tako da je protok ulja kroz
kabl zaustavljen. Ukolikodođe do
pada pritiska na manometru, sigurni
smo da je na datoj trasi oštećenje. I
naš dalji cilj je suzbijanje trase. Na
prvoj deonici je pritisak znatno pao:
Slika 2 Šema petlje 110 kV
po fazi 8. Dispečerski centar 10 kV
je izvršio rasterećenje TS Beograd
15 i TS Beograd 14 po havarijskom
planu. Izlaskom na teren je
utvrđeno da je do kvara došlo zbog
mehaničkog oštećenja 110 kV voda
1151 Beograd 17 – Beograd 15,
usled izvođenja neprijavljenih radova
priključenja stambenog objekta na
vodovodnu mrežu.
Pošto su radovi na polaganju 110
kV vodova 1203/1 i 1234 okončani,
moglo se pristupiti puštanjem u rad
ovih vodova, i na taj način obezbediti
napajanje TS Beograd 14 i TS
Beograd 15. Prilikom puštanja u rad
došlo je do ispada voda 1234. U TS
Beograd 28 proveren je pritisak SF6
gasa u završnicama 110 kV polja
E2, i u sve tri završnice je iznosio
3,74 bar. Pri pokušaju uključenja
prekidač je isključio zbog asimetrije
polova, nakon čega je pregledan
i pripremljen za funkciju. Nakon
intervencije 110 kV vod je pušten
pri čemu je obezbeđeno napajanje
električnom enregijom strogog centra
Beograda.
Postupak pronalaženja
kvara na kablu 110 kV
U ovom odeljku opisuje se procedura
pronalaženja oštećenja na kablu
110 kV. Karakteristično za uljne
kablove 110 kV je to da se kroz
sedište ovih kablova pruža kanal
kroz koji cirkuliše ulje čija je
uloga da hladi kabl i da impregniše
papirnu izolaciju unutar kabla. Na
mestima gde su zaprečne spojnice
na trasi kabla nalaze se manometri
pomoću kojih se kontroliše pritisak
ulja u kablu. Usled neprijavljenih
i nestručnih iskopnih radova od
strane trećih lica često dolazi do
mehaničkih oštećenja kabla 110 kV.
To se manifestuje podom pritiska
koji se očitava na manometrima koji
se nalaze na završnicama kabla i
na zaprečnim spojnicama. Kao što
Tablela 1 Promena pritiska u kablu
je već pomenuto može doći samo
na deonici gde se nalazi
oštećenje
do oštećenja plašta jedne žile kabla
110 kV usled čega kabl može ostati
pod naponom i ne mora doći do
zemljospoja ili prekida, ali može se
desiti prekid jedne, dve ili sve tri faze Dok je na drugoj deonici pritisak
što već prestavlja ozbiljan problem.
konstantan P=const.
Pre nego što
Slika 3 Zamrzavanje oštećene žile kabla
se pristupi
iskopnim
radovima za
popravku
kvara mora
se proceniti
na kom delu
trase kabla
se nalazi
oštećenje.
Ovaj deo
trase se
određuje
metodom
zamrzavanja
oštećene žile
kabla.
[017]
energija
Tablela 2 Promena pritiska u kablu
na deonici na kojoj kabl nije
oštećen
Nakon lociranja deonice na kojoj
se nalazi oštećenje detaljnije
se pregleda trasa i na osnovu
nekih prethodnih dešavanja na
karakterističnim mestima uglavnom
se bez većih poteškoća odredi mesto
kvara.
Priprema za popravku
kvara na kablu 110 kV
Nakon lociranja kvara na 110 kV
kablu Beograd 17 – Beograd 15 1151
pristupilo se prvim preventivnim
merama radi zaustavljanja većeg
isticanja ulja iz kabla, tako što su
na mestima gde se nalaze zaprečne
spojnice zatvoreni ventili koji
vode ka spojnicama i tankovima.
Nakon izvršenja prvih preventivnih
mera isečeno je oštećeno parče
kabla i postavljene su kape na obe
strane oštećene žile kabla. Kape su
napravljene tako da se na svakoj od
njih nalazi zavrtanj koji može da se
odvije i da se na njega namontira
slavina pomoću koje se uzimaju
uzorci ulja koji su veoma bitni
za dalja ispitivanja. Nakon svih
ovih mera pristupilo se formiranju
rova za popravku kabla. Nakon
formiranja rova potrebno je bilo
postaviti kontejner na rov. Prvo su
postavljene grede preko širine rova
tako da kontejner drže tri grede koje
su poprečno pričvršćene fosnama.
Kontejner smo pomoću dizalice
spustili na rov i obezbedili uslove
za montiranje kablovskih spojnica.
Između dve kablovske spojnice je
ubačeno 10 metara kabla. Komad
dužine od 10 metara isečen je sa
kotura koji se nalazi u magacinu.
Interesantno je i to da kabl koji je
namotan na kotur mora biti pod
pritiskom tako da se uz kotur montira
i rezervoar sa uljem čija je uloga da
održava pritisak ulja unutar kabla.
Kontejner je dužine 5 metara i širine
3,5 metra. Unutar se nalazi klima
uređaj koji obezbeđuje optimalne
uslove za popravku kvara i imaju
otvore sa donje strane.
i spuštanju iste na oslonce koji dižu
kabl na otprilike jedan metar visine.
U rovu je montiran manometar koji
je povezan na jedan kraj dvostruke
slavine koja je pričvršćena na jedan
kraj presečene žile sa koga će se
očitavati pritisak ulja u kablu koji
vodi do poprečne spojnice koja se
nalazi kod Hrama Svetog Save. Sa
tanka iz kamiona propušteno je kroz
kabl filtrirano ulje količinski oko
15 litara, koje je poteralo staro ulje
u kablu i istisnulo sav vazduh sa
deonice od Hrama do mesta kvara.
Ostavljeno je da se ulje stabilizuje
preko noći da bi se sutra pristupilo
merenju kapa faktora. Nakon svih
ovih radova moralo se napuniti
uljem i parče kabla u dužini od
10 mеtara i da pomoću posebnog
tanka to ulje održava pod pritiskom.
Pritisak je očitavan na posebnom
manometru specijalno postavljenom
za tu namenu. Inače ovo parče
kabla služi da bi se umetnulo
između dve prolazne spojnice
koje će se naknadno napraviti.
Nakon celodnevnog čekanja da
se koncentracija ulja unutar kabla
stabilizuje pristupilo se daljim
radovima:
Zatvoren je tank zaprečne spojnice
kod Hrama, uzet je uzorak ulja u
količini od 30 ml i očitana prva
vrednost pritiska ulja u kablu na
mestu kvara koji je iznosio p=1.78
bar i koji je ostao konstantan u
periodu od narednih 10 minuta.
Napravljena je pauza u periodu od 5
min. Uzet je uzorak ulja u količini od
25 ml usled čega je pritisak pao na
vrednost p=1,58 bar i ova vrednost
pritiska je ostala konstantna u
narednih 10 minuta. Kao što se može
primetiti ni u ovom slučaju nije došlo
do promene pritiska što je dobro.
Napravljena je pauza u periodu od 5
minuta.Uzet je uzorak ulja u količini
od 25 ml usled čega je pritisak
pao na vrednost p=1,44 bar i ova
vrednost pritiska je ostala konstantna
u narednih 10 minuta. Kao što se
može primetiti ni u ovom slučaju nije
došlo do promene pritiska.
Nakon izvršenih merenja možemo
izračunati vrednosti kapa faktora. Za
proračun kapa faktora potrebni su
nam sledeći podaci:
- količina uzorka ulja u menzuri
uzetog iz kabla.
- proizvod dužine trase kabla
od zaprečne spojnice do mesta
kvara, količine ulja po jednom
metru kabla i plus količine ulja u
spojnicama koje se nalaze na trasi.
- razlika pritisaka na manometru.
Kapa faktor se računa iz izraza :
Ovo je rezultat dobijen na osnovu
prva dva merenja sada se ponavlja
postupak i uzima u obzir drugo i
treće merenje.
Količina ulja unutar zaprečne
spojnice je 40 litara.
Sada se izračuna srednja vrednost
kapa faktora na ovoj deonici:
Na osnovu dobijenih rezultata, pošto
kapa faktor ima manju vrednost od
5, to znači da je procenat vazduha
Tablela 3 Promena pritiska na jednom kraju kabla u vremenskom periodu
od 10 minuta
Određivanje procenta
vazduha u ulju na
oštećenoj fazi 110kV kabla
(kapa faktor)
U cilju određivanja kapa faktora
prvo se pristupilo iskopnim radovima
radi izdvajanja oštećene žile kabla
[018]
energija
Tablela 4 Promena pritiska na jednom kraju kabla u vremenskom periodu
od 10 minuta
u ulju zanemarljiv i da se može
pristupiti izradi kablovske spojnice.
Sada je potrebno ponoviti postupak
i odrediti kapa faktor i sa strane
zaprečne spojnice koja se nalazi
u Ulici Ustanička br. 154. Nakon
dolaska na ovu lokaciju prvo je
propušteno novo filtrirano ulje u tank
i kroz kabl da bi se istisnuo vazduh
iz kabla na ovoj deonici. Ulje je
potiskivano preko tanka iz kamiona
na mašinu za dodatno filtriranje
koja se napajala preko agregata.
Od mašine za filtriranje ulje dalje
cirkuliše u tank kabla i kroz sam kabl
i ističe u bure koje se nalazi na mestu
kvara. Na osnovu ove procedure
istišće se vazduh iz kabla i može
se pristupiti merenju kapa faktora.
Razdaljina od zaprečne spojnice do
mesta kvara je 1963 m.
Kao što se može primetiti iz tabele
4 tokom merenja dolazi do blagih
oscilacija pritiska koje se s obzirom
na dužinu trase mogu tolerisati.
Iskustveno je određena količina
uzorka ulja koji se uzima u odnosu
na dužinu trase kabla.Između
merenja kao i tokom prethodnog
ogleda pravljene su pauze u trajanju
od 5 minuta. S obzirom da je u ovom
slučaju veća razdaljina od zaprečne
spojnice do mesta kvara uzimaju se
količinski veći uzorci ulja.Između
prvog i drugog merenja uzeto je
120 ml ulja, dok je između drugog i
trećeg merenja uzeto 130 ml ulja.
Računanje kapa faktora:
Vrednost kapa faktora između
drugog i trećeg merenja je :
60 litara podrazumeva količinu ulja
u zaprečnoj spojnici, a 36 litara
podrazumeva količinu ulja u četiri
prelazne spojnice na pomenutoj trasi.
Dobijena vrednost je manja od 5,
pa je prema tome procenat vazduha
u ulju na ovoj lokaciji takođe
zanemarljiva i može se pristupiti
izradi kablovske spojnice.
Zaključak
Obzirom da je u poslednje vreme
učestala gradnja na području grada
Beograda, i usled dotrajalosti
mreže podzemnih instalacija sve
su češće intervencije kopanja
u blizini kablova 110 kV. Kao
posledica obavljanja ovakvih vrsta
intervencija sve češće dolazi do
havarija na kablovima 110 kV
usled kojih je, zbog nedostatka
određenih kvalifikacija zaposlenih
u Elektrodistribuciji Beograd, za
obavljanje ovakvih vrsta poslova
potrebno angažovati stručnjake iz
inostranstva da bi otklonili kvar.
U poslednjih nekoliko godina u
nekoliko navrata kidani su kablovi
110 kV, i to sledećim redosledom:
1) kvar na kablu Beograd 15 Beograd 17 tokom zime 2006.
godine,
2) kvar na kablu Toplana Novi
Beograd - Beograd 6 tokom 2008.
godine,
3) kvar na kablu Toplana Novi
Beograd - Beograd 40 tokom
2009. godine i
4) kvar na kablu Beograd 17 Beograd 15 tokom zime 2010.
godine.
Ovi kvarovi su ugrozili stabilnost
i pouzdanost DEES-a, i direktno
[019]
uticali na prekid napajanja
električnom energijom centralnih
delova grada.
Najefikasnije prevazilaženje ovog
problema je u obuci stručne radne
snage zaposlene na radnim mestima
za obavljanje poslova na otklanjanju
kvarova na kablovima ovoga tipa,
čime bi se uštedela znatna finansijska
sredstva i omogućilo efikasno
delovanje u slučaju kvara.
Literatura
Nikolajević Stojan., „Kablovska
Tehnika“, JP Službeni list SRJ, 2007
Tasić Dragan., „Osnovi
elektroenergetske kablovske
tehnike“, Elektronski fakultet u Nišu,
2001
energija
Momčilo Vujičić, Tehnički fakultet
Zoran Radonjić, ED “Elektromorava”
UDC: 621.316 : 621.317.38.004
Tehnički i komercijalni
gubici električne energije
Uvod
Problematika proračuna gubitaka
snage i energije, te troškovi gubitaka
snage i energije u distributivnim
mrežama je veoma kompleksna, ali
važna za rad distributivnog sistema.
Struktura i veličine gubitaka se
veoma razlikuju po naponskim
nivoima elektroenergetskih
mreža. Distributivni konzumi su
problematični u kontekstu proračuna
gubitaka zbog topologije i velikog
broja kupaca, što predstavlja problem
u proračunu tehničkih gubitaka
(Džulovi gubici, gubici usled
magnetizacije i gubici odvoda), a
pogotovo komercijalnih gubitaka
(gubici zbog nenaplaćene potrošene
električne energije).
Tehnički i komercijalni gubici
električne energije
U elektrodistributivnim preduzećima
razvijeni su razni metodi i računarski
programi za proračun tehničkih
gubitaka električne energije.
Međutim, problem nastaje kada je
potrebno izvršiti proračun gubitaka
za veći skup vodova i transformatora,
kao što je potrošački konzum jedne
napojne transformatorske stanice
(TS) visoki na srednji napon (VN/
SN), napojne TS srednji viši na
srednji niži napon (SN1/SN2) ili širi
konzum sa više napojnih stanica.
Potrebno je poznavati tehničke
parametre svih vodova i
transformatora od visokog do
niskog napona, vremensku i
kvantitativnu raspodelu opterećenja
u toku posmatranog perioda po
svim elementima. Zbog uobičajene
neraspoloživosti mnogih podataka,
naročito vremenskih dijagrama
Sažetak
U radu se analiziraju tehnički i komercijalni gubici električne energije
u distributivnim mrežama. Tehnički i komercijalni gubici donose
velike finansijske gubitke i utiču na smanjenje poslovnih performansi
elektrodistributivnih preduzeća. Proračun tehničkih i komercijalnih gubitaka
električne energije zasniva se na dobro istraženim i naučno potvrđenim
metodologijama. Rad sadrži analizu troškova tehničkih i komercijalnih
gubitaka električne energije potrošačkog konzuma distribucije Velika
Plana. Komercijalni gubici su rezultat kombinacije namernog činjenja dela
kupca električne energije i nenamernog nečinjenja isporučioca električne
energije. Predložene su mere za smanjenje tehničkih i komercijalnih gubitaka
električne energije.
Ključne reči: Tehnički, Komercijalni, Gubici električne energije
TECHNICAL AND COMMERCIAL LOSSES OF ELECTRIC
POWER
Technical and commercial losses of electric power in the distribution
network are analysed in this work. Technical and commercial losses generate
great financial losses and they influence poorer business performances
of the electrodistribution companies. The calculations of the technical
and commercial losses of electric power are based on closely studied and
scientifically proved methodologies. The work includes the costs analysis
of the technical and commercial losses of electric power of Velika Plana
distribution. Commercial losses are results of the combination of intentional
actions of some electric power consumers and unintentional non-actions of
the electric power deliverers. Some measures have been suggested in order to
reduce the technical and commercial losses of electric power.
Key words: Technical, Commercial, Losses of electric power
opterećenja na srednjem i niskom
naponu, neizbežan je pristup
određenim aproksimacijama da bi
se iz raspoloživog skupa podataka
realizovao što bolji proračun.
Ovde predstavljen metod za
‘’procenu’’ komercijalnih i
proračun tehničkih gubitaka na
širem potrošačkom konzumu [8],
polazi od predpostavke da se u
svakoj distribuciji raspolaže sa
određenim minimalnim skupom
podataka o distributivnoj mreži i
prometu električnom energijom.
[020]
Taj minimalan skup podataka
sačinjavaju:
• Komercijalni podaci o nabavljenoj
i isporučenoj električnoj energiji u
određenom vremenskom periodu
(godina, zimska i letnja sezona) i
na određenoj teritoriji (područje
cele distribucije, manje područje,
konzum jedne napojne TS VN/SN
ili SN1/SN2).
• Tehnički podaci o ukupnim
dužinama energetskih vodova po
naponskim nivoima i tipovima
energija
(nadzemni ili kablovski), kao i
podaci o ukupnoj instalisanoj snazi
sopstvenih transformatora SN/NN.
Iz navedenih podataka, koji
su obično raspoloživi u svakoj
distribuciji i modeliranjem
karakterističnih elemenata
distributivne mreže uz uvažavanje
ostvarenog prometa električne
energije, strukture potrošnje i realnih
tehničkih podataka mreže, može
se izvršiti dobra procena relativnih
tehničkih gubitaka za razmatrani
konzum i period. Smanjivanje
tehničkih gubitaka je posebna
disciplina u distributivnoj praksi,
koja se sastoji iz operativnih mera
(rekonfiguracija mreže, regulacija
napona, kompenzacija reaktivne
energije) i investicionih mera
(rekonstrukcije i izgradnja mreže,
povećanje preseka provodnika,
podizanje naponskog nivoa i slično).
Na smanjenje tehničkih gubitaka
ne može se bitno uticati u kratkom
vremenskom periodu i bez većih
investicionih ulaganja, tako da
razmatrani konzum i ostvarenu
potrošnju električne energije tehnički
gubici su ''minimum'' gubitaka
električne energije.
Gubici su po pravilu veći od
tehničkih gubitaka za iznos
''komercijalnih'' gubitaka.
Komercionalni gubici su rezultat
nepreciznosti merenja, nepotpunog
očitavanja mernih mesta,
neistovremenosti očitavanja,
nepotpune kontrole mernih mesta,
neredovnog baždarenja brojila,
neblagovremeno otkrivanje
neovlašćene potrošnje, nedovoljna
tehnička opremljenost ekipa za
rad na kontroli kupaca, nedovoljna
obučenost čitača i kontrolora mernih
mesta, nedovoljna podrška i pomoć (
sudstva i policije ) nakon otkrivanja
neovlašćene potrošnje, neovlašćeno
korišćenje električne energije po
raznim osnovama neregistrovane
potrošnje (krađe električne energije
kod postojećih kupaca i ‘’divlja’’
priključenja novih kupaca), greška
u radu mernih uređaja (zaostajanje
u baždarenju brojila kupaca,
neispravnosti brojila i mernih
transformatora), greška u očitavanju
i obračunu električne energije. Na
smanjenje komercionalnih gubitaka
može se bitno uticati u kratkom
vremenskom periodu i bez većih
investicionih ulaganja. Veliki interes
distribucije je da se komercinalni
gubici smanje na minimalni iznos,
prihvatljiv sa gledišta normalnih
grešaka u poslovanju i koji iznosi
oko 1% nabavljene električne
energije.
Zbog različite prirode tehničkih i
komercionalnih gubitaka i različitih
mera za njihovo smanjivanje,
izuzetno je važno da se izvrši što
bolja procena njihove veličine,
razdvajanje i lokacija. Na mestu
prijema (kupovine) električne
energije očitavanje se vrši
kontiunalno putem savremenih 15minutnih elektronskih registratora sa
memorijom. Na mestu prodaje, kod
većine kupaca su instalisana klasična
indukciona brojila sa brojčanikom
koja se moraju vizuelno (fizički)
očitati, što dovodi do određenog
trajanja (kašnjenja) očitavanja.
Dakle, pošto je na početku i na kraju
svake razmatrane sezone potrošnja
slična i očitavanje traje približno
vreme, može se smatrati da su podaci
nabavke i prodaje električne energije
približno usaglašene.
Za proračun gubitaka na modelima
elemenata mreže, prvo se zadaju
odgovarajuća maksimalna
opterećenja, tako da se izračunavaju
maksimalni tehnički gubici za
(teorijski) maksimalno opterećenje
razmatranog konzuma. Napojni
transformatori (VN/SN ili SN1/
SN2) razmatraju se približno
nominalno (100%) opterećenje.
Maksimalno opterećenje SN izvoda
uzima se kao količnik maksimalnog
opterećenja transformatora i
prosečnog broja SN izvoda, a ne kao
termičko maksimalno opterećenje
odgovarajućih provodnika SN
izvoda. Suma termički maksimalno
opterećenih SN izvoda bi znatno
preopteretila napojni transformator.
Korisnik za svoj konzum procenjuje
prosečne instalisane snage
transformatora i prosečan broj izvoda
i time određuje prosečno maksimalno
opterećenje izvoda.
Da bi se na osnovu rezultata
proračuna maksimalnih gubitaka za
modele objekata elekrodistributivne
mreže, izračunali konkretni
tehnički gubici za razmatrani
distributivni konzum i ostvarenu
potrošnju, uvažene su sledeće važne
aproksimacije:
• Relativni tehnički gubici
aktivne električne energije u
transformatorima nisu bitno
zavisni od opterećenja mreže.
Relativni gubici energije u
transformatorima određenog
naponskog nivoa konkretno
razmatrane mreže, dobijaju se kao
proizvod maksimalnih gubitaka
i udela ukupne energije koja je
[021]
protekla kroz transformatore tog
naponskog nivoa. U ovom slučaju
veličina opterećenja mreže nema
uticaja, jer se relativni gubici
aktivne električne energije na
transformatorima opterećenim
iznad 60% nominalne snage, malo
menjaju sa promenom opterećenja
i približno su jednaki gubicima
pri nominalnom opterećenju.
Ovaj uslov je obično ispunjen,
jer je većina transformatora u
nominalnom pogonu opterećena
iznad 60% nominalne snage.
• Relativni tehnički gubici aktivne
električne energije u vodovima
proporcionalni su sa opterećenjem
na vodovima. Oni se dobijaju kao
proizvod maksimalnih gubitaka
na određenom modelu voda,
udela ukupne energije koja je
protekla kroz te vodove i faktora
opterećenja (odstupanja od
maksimalnog opterećenja) mreže.
Da bi se sproveo opisani
proračun potrebno je zadati
određene podatke za razmatranu
distributivnu mrežu i razmatrani
period, a sa kojima se obično u
distribuciji raspolaže:
• Ukupna nabavljena (kupljena)
električna energija na mestu
prijema energije.
• Ukupno prodata električna energija
svim kupcima. Razlika kupljene
i prodate energije predstavlja
ostvarene gubitke za razmatranu
mrežu.
• Ukupno protekla energija kroz
35 kV mrežu, ako takva postoji u
distributivnom sistemu. Ovi podaci
obično postoje u energetskim
pokazateljima svake distribucije.
Ovaj podatak je potreban da bi se
izračunao udeo protekle energije
kroz 35 kV mrežu (odnos energije
kroz 35 kV mrežu i ukupno
nabavljene energije) i obračunali
gubici u transformatorima i
vodovima 35 kV.
• Ukupno prodata energija na niskom
naponu. Ovaj podatak je potreban
da bi se izračunao udeo protekle
energije kroz niskonaponsku mrežu
i transformatore SN/NN (odnos
prodate NN energije i ukupno
prodate energije) i obračunati
gubici u transformatorima
SN/NN, NN vodovima i NN
priključcima.
• Ukupno instalisana snaga
sopstvenih transformatora SN/
NN, odnosno transformatora koji
pripadaju distribuciji. Ovaj podatak
potreban je da bi se izračunao
energija
približan faktor opterećenja mreže,
odnosno faktor odstupanja od
maksimalnog opterećenja.
• Prosečno vreme trajanja vršnog
opterećenja za TS SN/NN u
razmatranoj distributivnoj mreži.
Preporučene vrednosti su 3000
h za godišnji period, 1800 h za
zimski period i 1500 h za letnji
period. Odnos ukupno prodate
električne energije na NN i
zadatog vremenskog trajanja
vršnog opterećenja, daje zbir
maksimalnih snaga sopstvenih
TS SN/NN u razmatranom
periodu (nejednovremeni
vrh). Ovaj podatak predstavlja
iskorišćenost instalisane snage
transformatora SN/NN ili približno
faktor opterećenja mreže (faktor
odstupanja od maksimalnog
opterećenja). Faktor opterećenja
mreže približno odgovara i
odstupanju opterećenja vodova SN
i NN od maksimalnog opterećenja,
kako su osmišljeni modeli vodova
mreže.
• Ukupne dužine distributivnih
vodova po svakom naponskom
nivou (35, 20, 10 i 0,4 kV) i po tipu
vodova (kablovski ili nadzemni).
Ovi podaci obično postoje u
fizičkom obimu mreže i potrebni
su da bi se obračunali gubici u
različitim vodovima.
Sa navedenim podacima može
se izvršiti kompletan proračun
relativnih tehničkih gubitaka
električne energije za razmatranu
distributivnu mrežu i izabrani
vremenski period:
• Kroz TS VN/SN ili SN1/SN2
protiče sva energija mreže u
razmatranom periodu i relativni
gubici su jednaki maksimalnim
relativnim gubicima transformatora
iz modela.
• Kroz TS 35/10 (20) kV (ako nisu
napojne) protiče deo ukupne
energije (udeo energije kroz 35
kV mrežu) tako da su relativni
tehnički gubici jednaki proizvodu
maksimalnih gubitaka za model
transformatora 35/h kV i udela
protekle energije kroz mrežu 35
kV.
• Kroz sopstvene TS 10 (20) /0,4
kV protiče deo ukupno prodate
energije na NN (prodata energija
na VN odlazi u tuđe TS). Relativni
tehnički gubici su jednaki
proizvodu maksimalnih gubitaka
iz modela transformatora 10 (20)
/0,4 kV i udela energije na niskom
naponu.
• Kroz vodove 35 kV protiče
udeo energije na 35 kV. Ovaj
udeo energije u relativnim
(procentualnim) odnosima se deli
na nadzemne i kablovske vodove
srazmerno njihovom međusobnom
odnosu dužine vodova. Naprimer,
relativni tehnički gubici energije
u nadzemnim vodovima 35 kV
jednaki su proizvodu relativnih
maksimalnih gubitaka energije
za model nadzemnih vodova 35
kV, udela energije na 35 kV u
nadzemnim vodovima i faktora
opterećenja mreže. Analogno se
uradi i proračun relativnih gubitaka
za kablovske 35 kV vodove.
• Kod vodova 10 kV i 20 kV
ukupna energija se u relativnim
odnosima razdeli na nadzemne i
kablovske 10 kV i 20 kV vodove,
srazmerno njihovom međusobnom
odnosu dužine vodova. Naprimer,
relativni tehnički gubici energije u
nadzemnim vodovima 20 kV sada
su jednaki proizvodu maksimalnih
gubitraka za model nadzemnih
vodova 20 kV, udela energije na 20
kV nadzemnim vodovima i faktora
opterećenja mreže. Analogno se
uradi i proračun relativnih gubitaka
za kablovske 20 kV vodove,
nadzemne 10 kV i kablovske 10 kV
vodove.
• Kod NN vodova , udeo energije
na NN se u relativnim odnosima
razdeli na nadzemne i kablovske
NN vodove, srazmerno njihovom
međusobnom odnosu dužine
vodova. Naprimer, relativni
tehnički gubici energije u
nadzemnim NN vodovima jednaki
su proizvodu maksimalnih gubitaka
za model nadzemnih NN vodova,
udela energije na NN nadzemnim
vodovima i faktora opterećenja
mreže. Analogno se uradi i
proračun relativnih gubitaka za NN
kablovske vodove.
• Kroz priključke NN potrošača
protiče udeo energije na NN
mreži. Relativni tehnički gubici
energije se dobijaju kao proizvod
maksimalnih gubitaka za model
NN priključka, udela energije na
NN mreži i faktora opterećenja
mreže.
• Kod ostalih gubitaka, zadati
koeficijenat se primenjuje na svu
energiju mreže.
Zbir relativnih tehničkih gubitaka po
pojedinim elementima razmatrane
distributivne mreže predstavlja
ukupne relativne tehničke gubitke
električne energije u izabranom
vremenskom periodu. Svi elementi
[022]
proračuna, struktura tehničkih
gubitaka i ukupni relativni tehnički
gubici prikazani su u ekranskim
prikazima i izveštaju programa.
Relativni ostvareni gubici električne
energije i komercijalni gubici,
kao razlika ostvarenih i tehničkih
relativnih gubitaka, takođe su
prikazani u programu. Omogućen
je paralelni proračun za više
distribucuja ili delova distribucija,
tako da se u izveštaju dobijaju
uporedni zbirni podaci za više
konzuma.
Proračuni gubitaka za potrošački
konzum distribucije Velika Plana,
pokazuju da se godišnji relativni
tehnički gubici kreću do 12 %
preuzete električne energije, pri
sadašnjem nivou i strukturi potrošnje
električne energije. S obzirom da se
ukupno ostvareni gubici električne
energije u distribuciji kreću preko
20% vidi se da je značajan uticaj
komercijalnih gubitaka i da posebnu
pažnju treba posvetiti merama za
smanjenje komercijalnih gubitaka.
Slični modeli se primenjuju i
slični rezultati dobijaju i u drugim
zemljama u razvoju. Naprimer,
preporuke francuske Elektroprivrede
EDF navode da su prihvatljivi
ukupni gubici električne energije
u distributivnoj mreži oko 5%,
a maksimalno dozvoljeni 9%.
Kada gubici prelaza maksimalno
dozvoljene vrednosti, postoji
izrazita opravdanost da se pokrene
program za smanjenje gubitaka, jer
će investiranje u tom smeru biti vrlo
isplativo i imati vrlo kratko vreme
vraćanja uloženih sredstava.
Ukupni gubici u distributivnoj
mreži razvijenih evropskih zemalja
kreću se oko 4%-6% (Nemačka,
Holandija, Finska, Luksemburg
i Belgija), od 6% do 8% (Italija,
Danska, Švajcarska, Francuska,
Austrija i Slovenija), od 8% do
10% (Španija, Velika Britanija,
Portugalija, Švedska, Norveška,
Irska, Grčka, Češka i Slovačka), od
10% do 12% (estonija, Litvanija i
Letonija) od 12% do 14% (Hrvatska,
Poljska, Mađarska i Rumunija),
od 14% do 16% (Bugarska i Crna
Gora), preko 16% (Turska, Srbija,
Bosna i Hercegovina i Albanija).
Ukupni gubici električne energije u
distribucijama Srbije iznosili su u
periodu 1986 – 1999.god. manje od
9%, dok su u 2001.god. prosečno
dostigli nivo od 15%.
Troškovi usled tehničkih gubitaka
Ovde ćemo posmatrati gubitke koji
su ostvareni 2005, 2006, 2007 i
energija
Tablela 1
2008 godine, tabela 1. Na osnovu
podataka koje dobijamo iz programa
za proračun gubitaka izračunaćemo i
troškove tj. izgubljenu dobit.
Zaključak je da tehnički gubici
iznose od 10,92 do 11,57%. Gornja
granica u svetu za tehničke gubitke
je 9%. Prema tome u posmatranom
slučaju tehnički gubici su veći od
dozvoljenih od1,92% do 2,57%.
Ako se računa u evrima na
godišnjem nivou gubi se 500.310
€.(1 € = 106 din).
Da bi se stekao utisak koliko je
izgubljeno uporediće se ovaj novac
sa objektima koji su mogli biti
izgrađeni.
Orjentaciono uzmimo prosečne cene
za:
• MBTS 400 kVA
25.000 €
• SBTS 250 kVA
15.000 €
• NN mreža 1km
12.000 €
Pogon Velika Plana za navedeni
vremenski period izubio je na osnovu
većih tehničkih gubitaka:
1. Dvadeset MBTS 400 kVA, ili
2. Tridesettri SBTS 250 kVA, ili
3. Četrdesetdva kilometara NN
mreže.
Zaključujemo da tehnički gubici
odnose mnogo novca i ako bi oni bili
izbegnuti
a novac bio uložen u distributivnu
mrežu, situacija na terenu bi u
mnogome bila izmenjena.
Mere za smanjenje tehničkih
gubitaka
Mere koje omogućuju smanjenje
tehničkih gubitaka u distributivnim
mrežama [9,10] mogu se podeliti u
dve grupe.
mere koje zahtevaju određena
finansijska ulaganja:
1. Korišćenje direktne transformacije
110/x kV/kV.
2. Izgradnja (interpolacija) novih
transformatorskih stanica u mreži.
3. Povećanje broja izvoda iz
transformatorskih stanica u cilju
rasterećenja preopterećenih
vodova.
4. Zamena stare opreme
(transformatora) novom,
sa smanjenim gubicima u
eksploataciji.
5. Kompenzacije reaktivne snage.
6. Povećanje preseka provodnika kod
preopterećenih izvoda.
7. Korišćenje trofaznih vodova.
mere za čije sprovođenje nisu
potrebna investiciona ulaganja:
8. Kontrola dijagrama opterećenja
radi ravnomernijeg korišćenja
distributivnog sistema.
9. Poboljšanje naponskih prilika.
10. Simetriranje opterećenja i
vođenje računa o rasporedu
opterećenja po fazama.
11. Vođenje računa o optimalnim
snagama transformatora, kao i
iznalaženje najboljih lokacija za
trafostanice.
12. Pratiti opterećenja i što
ravnomernije opterećivati vodove
i trafostanice.
13. Vođenje računa o paralelnom
radu transformatora i u periodu
malih opterećenja predvideti
isključenje jednog.
Troškovi usled komercijalnih
gubitaka
Program koji smo koristili za
izračunavanje tehničkih gubitaka
koristimo i za izračunavanje
komercijalnih gubitaka, tabela
2. Uzećemo isti period, da bi se
pokazalo koliko su komercijalni
gubici veći.
Zaključak je da komercijalni gubici
iznose od 10,87 % do 13,32%.
Ako se računa u evrima na
godišnjem nivou gubi se 2.674.378
€.(1 € = 106 din).
Da bi se stekao utisak koliko je
izgubljeno uporediće se ovaj novac
sa objektima koji su mogli biti
izgrađeni. Pogon Velika Plana za
navedeni vremenski period izubio je
na osnovu komercijalnih gubitaka:
Tablela 2
[023]
1. Stosedam MBTS 400 kVA, ili
2. Stosedamdesetosam SBTS
250 kVA, ili
3. Dvestadvadesettri kilometara NN
mreže.
U svakom slučaju ovo nije za
podcenjivanje, jer ovaj pogon ima
samo 22.000 kupaca.
Komercijalni gubici odnose mnogo
novca i ako bi oni bili izbegnuti a
novac bio uložen u distributivnu
mrežu, situacija na terenu bi u
mnogome bila izmenjena.
Samo za ove četiri godine
izgubljeno je 3.174.688 €
(tehnički+komercijalni). Ovo je veća
vrednost nego odobrene investicije
za ove četiri godine.
Mere za smanjenje komercijalnih
gubitaka
Mere za smanjenje komercijalnih
(netehničkih) gubitaka su:
1. Uređivanje baze podataka o
kupcima
2. Formiranje potrebnog broja
monterskih ekipa za kontrolu
3. Kontrola mernih mesta
4. Zamena postojeće merne
infrastrukture
5. Kontrola i opremanje nedostajućih
mernih mesta
6. Nabavka i zamena merila kod
kupaca
7. Izmeštanje mesta merenja
8. Poboljšanje očitavanja utrošene
električne energije
9. Legalizacija kupaca koji su
bespravno priključili svoje objekte
na distributivnu mrežu
10. Ugradnja merila za sopstvenu
potrošnju
11. Provera merenja za javno
osvetljenje
12. Dosledna primena Zakona o
energetici
13. Iniciranje izmena zakonske i
druge regulative
14. Saradnja sa drugim državnim
organima
15. Medijska podrška na suzbijanju
neovlašćene potrošnje.
energija
Zaključak
Detaljna analiza gubitaka zadnjih
godina u pogonu Velika Plana
pokazuje da su gubici električne
energije oko 23%. Tehnički gubici
su na prosečnom nivou oko 11%.
Komercijalni gubici su na prosečnom
nivou oko 12%. Prihvatljivo bi bilo
da su komercijalni gubici 1% do 2%.
Smanjenje tehničkih gubitaka
treba tražiti u rekonstrukciji
niskonaponske mreže i izgradnje
novih trafostanica 10/0,4 kV/kV.
Preopterećenju niskonaponskih
mreža doprinosi veoma niska
cena električne energije u Srbiji.
Odnos potrošnje električne energije
domaćinstvo – privreda je 70% 30% u zimskom periodu, dok se u
letnjim mesecima to kreće oko 57%
- 43%. Pošto je potrošnja privrede
gotovo ista tokom cele godine, porast
potrošnje u domaćinstvima dovodi
do povećanja tehničkih gubitaka, a
komercijalni gubici rastu zbog krađe
električne energije. Ukupni gubici u
letnjim mesecima se kreću između
16% i 18%, zimi ovi gubici se penju
do 27%.
Posebna pažnja treba da se posveti
komercijalnim gubicima. Visok
procenat komercijalnih gubitaka je
direktno vezan sa blagom kaznenom
politikom sudstva. Smanjenje
gubitaka u distributivnim mrežama
je veoma važan i treba da bude stalan
zadatak distributera.
Literatura
[1] N. Rajaković, D. Tasić,
Distributivne i industrijske mreže,
Akademska misao, Beograd
2008.
[2] Zakon o energetici, „Sl.glasnik
RS“, br. 84/2004.
[3] Uredba o uslovima isporuke
električne energije, „Sl.glasnik
RS“, br. 107/2005.
[4] Tarifni sistem za obračun
električne energije za tarifne
kupce, „Sl.glasnik RS“, br.
109/2009.
[5] T. Bojković, M. Tanasković, D.
Perić, Distribucija električne
energije – rešeni primeri,
Akademska misao, Beograd
2009.
[6] D. Tasić, M. Stojanović,
Gubici električne energije
u distributivnim mrežama,
Elektronski fakultet, Niš 2006.
Saša M. Stojković
Tehnički fakultet, Čačak
UDC: 621.313 : 621.316.004
Analiza prelaznih procesa
u distributivnoj mreži
sa priključenom malom
elektranom
Sažetak
Noviji standardi i preporuke za priključenje malih elektrana na distributivnu
mrežu ukazuju na veliki značaj analiza prelaznih procesa u slučajevima
kada je moguća degradacija osetljive elektronske i električne opreme zbog
poremećaja u njenom okruženju. Provera otpornosti opreme na naprezanja
može se izvesti simulacijama u vremenskom domenu, čime se dobijaju
„numerički oscilogrami“. U radu je prikazan simulacioni model baziran na
upotrebi softverskog alata ATP-EMTP (Alternative Transients Program),
koji omogućava analizu rada distributivne mreže sa priključenom malom
elektranom u stacionarnim i prelaznim režimima. Analizirani su ispad
nadzemnog voda, prelaz na izolovani rad i ispad opterećenja, uz obuhvatanje
tokova snaga i regulacije pobude i brzine. Prednost modela je da je on
„opšte namene“, tj. može se koristiti za analizu različitih problema, a može
biti od velike koristi inženjerima koji treba da donesu odluku o priključenju
male elektrane. Dobijeni rezultati verno odslikavaju analizirane prelazne
procese.
Ključne reči: mala elektrana, distribuirana proizvodnja, ATP-EMTP,
simulacija, prelazni proces
Analysis of Transient Processes in Distribution Network
with Embedded Generator
New standards and guides for embedded generators connection to
distribution network indicate the great importance of transient processes
in the cases when degradation of vulnerable electronic and electric
equipment is possible due to disturbances in their vicinity. Verification of
equipment immunity can be done by time domain simulations, in which
case the „numerical oscillograms”are obtained. In the paper ATP-EMTP
(Alternative Transients Program) simulation model is presented, which
enables distribution network stationary and transient analysis. Outage of the
distribution line, small power plant disconnection and load rejection at the
independent power producer are analysed, including load flow and automatic
control. The main merit of the model is its “general purpose“ feature. It
can be used for analysis of different problems, and can be very useful for
engineers who must decide about embedded generator connection. The
1. Uvod
Planiranje, projektovanje i
eksploatacija radijalnih distributivnih
mreža predstavljaju uhodane
aktivnosti. Uvođenjem distribuirane
proizvodnje električne energije, te
[024]
aktivnosti se intenzivno menjaju.
Distribuirani generatori danas su
nezaobilazan činilac u proizvodnji
električne energije. Poznato je,
međutim, da male elektrane mogu
da izazovu tehničke probleme u radu
energija
distributivnih mreža zbog činjenice
da nepovoljno utiču na čitav niz
procesa u mreži. Mreža više nije
radijalna, a generatori nisu električno
udaljeni od potrošača, već su sasvim
blizu, pa je uticaj male elektrane na
potrošače, naročito na „inteligentnu“
opremu, veoma jak. Problemi u
distribuiranoj proizvodnji električne
energije detaljno su prikazani u
[1] i [2]. Ti problemi doprineli su
zakonskom regulisanju pravila za
priključenje malih elektrana na
mrežu. U našoj zemlji to je Tehnička
preporuka [3], dok reference [4-6]
mogu biti veoma korisne.
Procesi u kojima učestvuje mala
elektrana su stacionarni i prelazni.
U [2] i [4-6] ukazano je na činjenicu
da je za projektovanje mreža sa
distribuiranom proizvodnjom u
nekim slučajevima potrebno izvesti i
detaljnije analize prelaznih procesa.
Prvi slučaj kada se to zahteva
je kada u blizini distribuiranog
generatora postoji osetljiva
elektronska i električna oprema,
naročito računarska oprema, osetljivi
regulatori elektromotornih pogona,
asinhroni motori i sl. Moguća je
degradacija ovakve opreme zbog
poremećaja u njihovom okruženju,
zbog čega se zahteva da emisija
poremećaja mora da se održava ispod
nivoa koji bi izazvao neprihvatljivu
degradaciju performansi oprema
[5]. Sva oprema koja je u takvom
elektromagnetnom okruženju treba
da ima dovoljnu otpornost na sve
poremećaje u blizini, što se može
proveriti jedino izračunavanjem
krive napona (naponski propad i
privremeni prenapon), frekvencije
napona i krive struje kratkog spoja.
Drugi karakteristični slučaj je
prelaz na nenamerni izolovani rad
distribuiranog generatora. U tom
slučaju, menja se opterećenje malog
generatora, zbog čega regulatori
treba pobudu i dotok goriva da
prilagode novoj snazi, što u velikom
broju slučajeva ne može biti lako
izvedeno. Promenjene su vrednosti
osnovnih parametara od kojih zavisi
rad opreme i potrošača u mreži –
napona i frekvencije, zbog čega je
praktično u svim zamljama, osim
Kanade, ovakav rad nedozvoljen,
pa je važno izračunati pomenute
patametre kako bi se analizirala
specijalna, tzv. zaštita od gubitka
mreže, koja generator treba sigurno
da isključi sa mreže. Problem nastaje
kada generator može da se prilagodi
snazi potrošača, što veoma otežava
rad ove zaštite.
Treći karakterističan slučaj je
rasterećenje malog generatora,
kada dolazi do prelaznih povećanja
napona i frekvencije.
Sva ova tri karakteristična slučaja
mogu biti analizirana ukoliko se
izvede simulacija u vremenskom
domenu. U ovom radu, za analizu
prelaznih procesa i tokova snaga
korišćen je metod numeričkih
simulacija. Simulacioni model
je definisan pomoću softverskog
alata opšte namene Alternative
Transients Program (ATP), jedne
varijante softvera ElectroMagnetic
Transients Program (EMTP), kojim
se mogu simulisati stacionarni i
prelazni procesi u elektroenergetskim
mrežama [7-8]. Simulacija prelaznih
procesa u distributivnim mrežama
sa distribuiranom proizvodnjom
električne energije (nezavisnim
proizvođačima) prikazana je u
[9-11], dok su podaci o regulatorima
pobude i brzine uzeti iz [12] i [13].
Jednim simulacionim modelom
mogu se analizirati svi pomenuti
prelazni procesi, kao i ustaljeno
stanje, zajedno sa tokovima snaga. U
ovom radu definisan je jedan takav
simulacioni model, što je osnovni
cilj rada, a opisani su i analizirani
prelazni procesi.
Rad je sastavljen od nekoliko delova.
Posle Uvoda, u poglavlju 2 dat je
simulacioni model. Treće poglavlje
Slika 1 Simulacioni model distributivne mreže sa priključenom malom elektranom
prikazuje rezultate analize ispada
jednog od dva paralelna voda zbog
trofaznog kratkog spoja. U četvrtom
poglavlju prikazani su prelazni
procesi prilikom prelaza na izolovani
rad distribuiranog sinhronog
generatora snage 5 MVA. Peto
poglavlje prikazuje ispad opterećenja
male elektrane, dok su u šestom
dati zaključci. Na kraju je navedena
korišćena literatura.
2. Simulacioni model
2.1. Model mreže
Na sl. 1 prikazan je simulacioni
model distributivne mreže na koju
je priključen sinhroni generator
snage 5 MVA. Mala elektrana
opterećena je lokalno, dok je
opterećenje distributivne mreže 15
MW. Parametri mreže i potrošača
prikazani su na sl. 1. Na slici nisu
prikazani regulatori pobude i brzine.
Modulom LOAD FLOW softvera
ATP izračunati su napon i fazni stav
sinhronog generatora tako da on u
mrežu daje P=3 MW pri relativnom
naponu od u=1.03 rj (relativne
jedinice). Rezultat izračunavanja
tokova snaga je da mašina u mrežu
daje Q=3.054 MVAr.
Trofazni kratak spoj simuliše se
prekidačem obeleženim sa „KVAR“.
Vrednosti napona mreže i generatora
su maksimalne fazne.
2.2. Model sinhronog generatora
Sinhroni generator male elektrane,
snage 5 MVA, simulisan je SM59
modelom. Na sl. 1 on se nalazi
krajnje levo. Značenje parametara
definisano je u [7-8], a podaci su
preuzeti iz [10]:
Un=6.3 kV, Sn=5 MVA, f=50 Hz,
p=4 (pola), If=250 A, ra=0.004 pu,
xl=0.1 pu,
xd=1.8 pu, xq=1.793 pu,
=0.166
pu, =0.98 pu,
=0.119 pu,
=0.17 pu,
=1.7545 s,
=0,
=0.019s,
=0.164 s, x0=0.046 pu, rN=0,
xN=0.
Moment inercije svih obrtnih masa
iznosi I=74.8 kg·m2. Priključen je
samo jedan genarator.
2.3. Regulator pobude
Regulator pobude tipa DC1, prema
standardizaciji IEEE, opisan je u
[12] i [13], odakle su uzeti njegovi
parametri. Model pobudnice je iz [7].
Parametri su:
Tr=0.01 s – vremenska konstanta
mernog pretvarača,
[025]
energija
Slika 2 Regulator pobude
KF=0.058 – pojačanje stabilizacionog
elementa,
TF=0.62 s – vremenska konstanta
stabilizacionog elementa,
Vmax=1.7 – ograničenje maksimalnog
napona regulatora,
Vmin=-1.7 – ograničenje minimalnog
napona regulatora,
Ka=187 – pojačanje regulatora, i
Ta=0.89 s – vremenska konstanta
regulatora.
2.4. Regulator brzine
Model regulatora brzine i turbine sa
direktnim tokom pare preuzet je iz
[13].
Vrednosti parametara su:
Kg=20 – pojačanje regulatora,
TS=0.1 s – vremenska konstanta
glavnog hidrauličkog servomotora, i
Tu=0.25 s – vremenska konstanta
parnog prostora između regulacionog
ventila i mlaznika turbine.
3. Ispad jednog od dva
paralelna voda
Ispad jednog od dva paralelna voda
usled trajnog trofaznog kratkog
spoja predstavlja jedan od događaja
koji mogu da izazovu veoma teške
posledice po stabilnost sinhronog
generatora i performanse elemenata
distributivne mreže. U toku ovog
prelaznog procesa nastaje znatna
struja kratkog spoja koja na mesto
kvara dolazi iz mašine, praćena
jakim elektromagnetnim momentom.
Za vreme kratkog spoja nastaje
naponski propad, dok, posle
isključenja voda relejnom zaštitom,
nastaje privremeni prenapon. Struja
kratkog spoja termički zagreva
namotaje mašine, a nastaju i veoma
jake elektrodinamičke sile, koje
su važne za konstrukciju mašine i
temelja. Ukupna struja kvara veća
je nego kada nema distribuiranog
generatora, koji daje svoj udeo u toj
struji. Naponski propad za vreme
kvara ugrožava potrošače u blizini
male elektrane u zavisnosti od
toga koliko traje, od toga koliki je
naponski propad, od vrste kratkog
spoja, od dielektrične čvrstoće
potrošača, od mesta kratkog spoja
i od uticaja regulatora [2]. U ovom
radu cilj je da se prikaže jedan
slučaj ispada voda usled kvara.
Isključenjem jednog od dva voda
menja se impedansa tih vodova,
ali se potrošnja kojom su opisani
potrošači ne menja.
Pretpostavljen je trofazni kratak spoj
na donjem od dva nadzemna voda na
sl. 1, u neposrednoj blizini sabirnica
BUS1, koje su i spojna tačka male
elektrane na mrežu (PCC – Point of
common coupling). Metalni kvar
Slika 3 Model regulatora brzine i turbine
[026]
nastaje u trenutku t=0.1 s i isključuje
se relejnom zaštitom i prekidačima
na oba kraja tog voda u trenutku
t=0.2 s. Pre kvara, sinhroni generator
daje trofaznu aktivnu snagu P=3
MW i oko Q=3 MVAr reaktivne
snage. Potrošačima u svojoj blizini
daje trofaznu aktivnu snagu P=1.065
MW, kao i Q=0.34 MVAr (trofazno).
Ostatak aktivne i reaktivne snage
predaje se distributivnoj mreži.
Radni režim pre kvara je takav da je
maksimalna vrednost faznog napona
generatora Umf=5300 V, ili 1.03 rj.
Naznačeni maksimalni fazni napon
je Unmf=5144 V. Pretpostavljeno je da
je relejna zaštita selektivna, pa zaštita
generatora ne isključuje generator
sa mreže, kao i da nije primenjeno
automatsko ponovno uključenje
(APU) voda. Ukoliko se primenjuje
APU voda, ovakav scenario nije
moguć, zbog mogućnosti uključenja
voda u opoziciji faza. U slučaju
mogućeg napajanja mesta kvara
distribuiranim generatorom, ili
primene APU-a, mašinu je potrebno
isključiti sa mreže [5], [8].
Na sl. 4 prikazana je vremenska
promena napona faze A generatora.
U celom radu prikazuju se jedino
maksimalne trenutne vrednosti, a
ne efektivne, jer je očitavanje ovih
vrednosti znatno lakše, budući da se
dobijaju „numerički oscilogrami“.
Softverski alat ATP-EMTP daje
vremenske promene fizičkih veličina,
a ne fazore. Na sl. 4 prikazan je
slučaj sa regulacijom – postoje gore
opisani regulator pobude i regulator
brzine. Oni u izvesnoj meri utiču
na vrednosti napona. Kriva napona
u slučaju kada nema regulatora
nije prikazana zbog prostora i
preglednosti. Ona je praktično
istog oblika kao sl. 4, a razlike u
vrednostima su male i biće istaknute
za karakteristične trenutke.
Slika 4 pokazuje da, posle ustaljenog
stanja sa maksimalnim faznim
naponom od 5300 V, nastaje
naponski propad. Na sl. 5 prikazan je
deo krive sa sl. 4, do t=0.4 s. U tabeli
I prikazana je najmanja vrednost,
dakle maksimum prve periode
naponskog propada. Posle isključenja
kvara nastaju oscilacije napona, koje
su posledica elektromagnetne sprege
statora i rotora, uz promenljivu
brzinu rotora. Sinhroni generator
je stabilan, što pokazuje sl. 4, jer
se te oscilaciju smiruju i, na kraju,
nestaju. Karakteristične maksimalne
trenutne vrednosti napona prikazane
su u tabeli 1, da bi se analizirao
uticaj regulatora pobude i brzine na
energija
Slika 4 Napon faze A generatora do t=13 s
Slika 5 Napon sa sl. 4 do t=0.4 s
Slika 6
Slika 7 Struja faze A generatora do t=1 s
Struja faze A generatora do t=5 s
vrednost napona generatora.
Tabela 1 pokazuje da u trenucima
kvara i izvesno vreme posle
isključenja kvara regulator pobude
podiže napon u odnosu na slučaj bez
regulatora. Koeficijent privremenog
prenapona iznosi 1.2607 rj u trenutku
prvog maksimuma posle isključenja
kvara, dok je on 1.2294 rj kada
nema regulatora. To praktično
znači da, za potrebe podešavanja
prenaponske zaštite generatora
(napon reagovanja i vremensko
kašnjenje), greška u izračunavanju
privremenog prenapona iznosi oko
-8 % ukoliko se ne uzme u obzir
regulator. Dobijena vrednost je
manja, pa regulator ne treba da bude
izostavljen. Za vreme naponskog
propada regulator pobude podiže
napon u odnosu na slučaj kada ga
ne bi bilo. Tabela I pokazuje i da
regulator izvršava svoj zadatak –
već od t=8 s napon generatora je
zadati napon, tj. 5300 V. Ukoliko
nema regulatora, uspostavlja se novi
radni režim sa naponom koji je za
5% viši od zahtevanog (5300 V),
ili za 8.3% višeg od naznačenog
faznog napona generatora (5143 V).
Takav rad je potrebno analizirati
jer je preporukom [3] definisano
da stacionarni napon treba da bude
u opsegu ±5%. Treba napomenuti
da regulator pobude reguliše napon
na priključku malog generatora,
dok je za priključenje generatora
na distributivnu mrežu merodavan
napon u spojnoj tački (PCC na sl. 1,
čvor BUS1).
Tabela 1 Karakteristične maksimalne fazne vrednosti napona generatora sa slike 4
Tabela 2 Karakteristične maksimalne fazne
vrednosti struje generatora sa sl. 6
[027]
Na slikama 6 i 7 prikazana
je struja generatora do
t=5 s (sl. 6) i do t=1 s (sl.
7) u slučaju kada postoje
regulatori pobude i brzine.
Slike 6 i 7 pokazuju da je struja
velika za vreme kvara, a oscilacije
struje posle kvara nastaju iz istog
razloga kao i oscilacije napona.
Kriva struje kada nema regulatora
veoma je slična ovoj na sl. 6 i 7,
pa, zbog preglednosti, neće biti
prikazana. Karakteristične vrednosti
struje prikazane su u tabeli 2.
Tabela 2 pokazuje da su maksimalne
trenutne struje pre kvara jednake
(što je logično), dok se udarna struja
razlikuje za manje od 0.5%, što je
beznačajna razlika. Drugim rečima,
izračunavanje udarne struje može se
izvesti i bez regulatora jer u trenutku
kada ona nastaje, regulatori ne stignu
da deluju. Međutim, novo ustaljeno
stanje koje se uspostavlja znatno
se razlikuje u slučajevima sa i bez
regulatora. To pokazuje poslednja
kolona u tabeli 2, a struje se razlikuju
za oko 16.6%.
Na sl. 8 prikazano je dejstvo
regulatora pobude. Napon pobude
se, zbog kvara, pojačava 2.88
puta, da bi se, posle dve oscilacije,
ustalio na relativnoj vrednosti od
0.817 rj. Promena pobudne struje
je drugačija od promene pobudnog
napona zbog elektromagnetne sprege
energija
Slika 8 Dejstvo regulatora pobude u [rj]
Slika 9 Pobudna struja u [A]
Slika 10 Odstupanje ugaone brzine rotora u [rad/s]
Slika 11 Ugao mašine u [˚]
između rotora i statora, kao i zbog
induktivnosti namotaja pobude,
koja dolazi do izražaja u prelaznim
procesima. Na sl. 9 prikazana je
pobudna struja. Posle oscilatornoprigušenog prelaznog procesa,
pobudna struja se sa vrednosti 586
A ustaljuje na 479 A. To je posledica
promene radnog režima zbog
isključenja jednog voda.
Na sl. 10 prikazano je odstupanje
ugaone brzine rotora od sinhrone,
u [rad/s]. Oscilacije se smiruju,
što ukazuje na stabilan rad mašine
za ovo trajanje kvara (100 ms).
Produžavanjem trajanja kvara
može se odrediti granica stabilnosti
[9], [11], [13]. Brzina se vraća na
vrednost koju diktira mreža jer je
mašina u sinhronizmu sa njom.
Na sl. 11 prikazan je ugao rotora
u [˚], koji je veoma važna veličina
u studijama stabilnosti. Zbog
promene režima rada, u slučaju
sa regulatorima, ugao rotora se
promenio sa 72˚ na 76.4˚. Promena
ugla relativno je mala jer je i promena
radnog režima mala – promenjena
je samo impedansa vodova, koja se
povećala jer je impedansa jednog
voda dva puta veća od impedanse dva
ista paralelna voda.
Slika 12 Napon generatora faze A do t=14 s
[028]
4. Prelaz na izolovani rad
U ovom delu rada analizira se
isključanje male elektrane i
(hipotetički) prelaz na izolovani rad.
U izolovanom radu regulacija treba
da održi željene vrednosti napona i
brzine. Naprimer, u ovoj simulaciji
želi se da se napon generatora zadrži
na vrednosti pre isključenja, a to je
Umf=5300 V, ili 1.03 rj. Ta vrednost
predstavlja maksimalnu vrednost
faznog napona generatora, čija je
naznačena vrednost napona Un=6300
V (efektivna vrednost linijskog
napona, kojem odgovara maksimalni
fazni napon od 5144 V, ili 1 rj).
Slika 13 Napon generatora faze A do t=1 s
energija
Slika 14 Struja generatora faze A do t=10 s
Slika 15 Ugaona brzina rotora u [rj] do t=16 s
Slika 16 Dejstvo regulatora brzine u [rj]
Slika 17 Dejstvo regulatora pobude u [rj]
Međutim, pojačanje regulatora
brzine od Kg=20 omogućava sporo
prigušenje oscilacija, dok vrednost
od Kg=10 daje znatno bolje rezultate,
zbog čega je simulacija ovog režima
izvedena sa pojačanjem Kg=10, što
odgovara statizmu od 10%. Izbor
optimalnih parametara regulatora
pobude i brzine nije tema ovog rada,
već samo simulacioni model, u kome
se ovi parametri lako mogu menjati.
Na sl. 12 prikazan je napon faze
A generatora, koji se isključuje sa
mreže u t=0.2 s. Slika pokazuje
da nastaje privremeni prenapon,
ali se posle nekoliko oscilacija on
prigušuje na zahtevanu vrednost.
To ukazuje da regulator pobude
obavlja zahtevani zadatak. Zbog
preglednosti, na sl. 13 prikazan je
deo te krive do trenutka t=1 s.
Osnovni uzrok privremenog
prenapona, koji može ugroziti
opremu i potrošače priključene na
generator, je rasterećenje generatora
[13]. Pre isključenja generator
daje, kao i u analizi ispada jednog
od dva voda, trofaznu aktivnu
snagu od P=3 MW i trofaznu
reaktivnu snagu od približno Q=3
MVAr, od čega potrošačima koji
su priključeni na njega Pp=1.065
MW i Qp=0.34 MVAr (trofazno).
Posle isključenja, generator snage
5 MVA se rasterećuje jer više ne
daje snagu u mrežu, dok se snaga
lokalne potrošnje nije promenila.
Posledica je povećanje brzine, a
samim tim i napona, pri čemu kod
distribuiranih generatora postoji
veoma nepovoljna okolnost da je
rotor generatora relativno veoma lak.
Pre isključenja, maksimalna trenutna
vrednost napona generatora je 5306
V, maksimalna 6755 V, a kada je
završeno regulisanje pobude, 5312 V.
Koeficijent privremenog prenapona
u odnosu na 5144 V iznosi 1.274,
što treba uzeti u obzir kod analize
ugroženosti opreme i potrošača [4].
Takođe, vidi se da regulator uspeva
da reguliše napon na zahtevanu
vrednost. U slučaju da se zahteva
isključenje mašine zbog izolovanog
rada, što je u našoj zemlji slučaj,
ovakvo dejstvo regulatora otežavalo
bi rad zaštite od gubitka mreže.
Na sl. 14 prikazana je struja
generatora. Ona se sa vrednosti
513 A smanjuje na vrednost koja
odgovara novoj, smanjenoj snazi,
a to je 157 A. Za to je zaslužan
regulator brzine, koji smanjuje dotok
goriva u turbinu.
[029]
Relativna ugaona brzina prikazana je
na sl. 15. Zbog naglog rasterećenja
i promene ravnoteže mehaničke
i električne snage, brzina naglo
poraste, ali se posle nekoliko
oscilacija vraća na vrednost blisku
nazivnoj. Konstrukcija i parametri
regulatora su takvi da se brzina
smanjuje na vrednost ω=1.04 rj, a
ne na ω=1, što se želi. Složenijom
konstrukcijom regulatora ovaj
problem se može rešiti, ali to nije
tema ovog rada [14].
Na sl. 16 prikazano je dejstvo
regulatora brzine. On snagu
turbine menja sa pune vrednosti na
relativnu vrednost 0.597 rj. U isto
vreme, regulator pobude smanjuje
napon pobude sa pune vrednosti na
vrednost 0.511 rj, što je prikazano na
sl. 17.
Može se zaključiti da promena
električnih i mehaničkih veličina
generatora posle isključenja mašine
sa mreže i prelaska na izolovani
rad zavise od novonastalog
opterećenja. U ovom slučaju mašina
se rasterećuje, a regulatori smanjuju
mehaničku snagu i pobudu. Brzina,
a samim tim i frekvencija, dobijaju
vrednosti koje zavise od konstrukcije
regulatora brzine, što nije bio
energija
Slika 18 Napon generatora faze A do t=14 s
Slika 19 Odstupanje ugaone brzine u [rad/s]
Slika 20 Dejstvo regulatora brzine u [rj]
Slika 21 Dejstvo regulatora pobude u [rj]
problem kod ispada voda jer je
mašina ostala da radi u sinhronizmu
sa mrežom. Dobijeni rezultati
predstavljaju osnovu za podešavanje
relejne zaštite i analizu kvaliteta
električne energije.
5. Ispad opterećenja u
blizini male elektrane
U ovoj simulaciji pretpostavljen je
ispad opterećenja priključenog u
blizini distribuiranog generatora.
Isključenje opterećenja od P=1.065
MW (trofazno) i Q=0.34 MVAr
(trofazno) nastaje u trenutku t=0.2
s, a sinhrona mašina snage 5 MVA
ostaje priključena na mrežu. I u
ovom slučaju mašina je rasterećena,
pa je prelazni proces sličan onom
u prethodnom delu rada. U ovom
slučaju ispala snaga mnogo je manja,
pa su i promene veličina znatno
manje nego u slučaju isključenja
mašine i prelaska na izolovani rad.
Razlika, i to veoma značajna, je u
tome da u slučaju ispada potrošnje
u blizini malog generatora mašina
ostaje priključena na mrežu, što utiče
na promenu brzine rotora. Na sl. 18
prikazan je napon mašine, a promena
je slična onoj na sl. 12, koja važi
za prelaz na izolovan rad. Ovde su
oscilacije znatno manje jer i promena
opterećenja mala. Koeficijent
prenapona je 1.0937 rj u odnosu na
5144 V. Regulator uspešno reguliše
napon na 5304 V.
Slika 19 prikazuje odstupanje ugaone
brzine rotora u odnosu na sinhronu
brzinu. Posle prigušenih oscilacija
usled lakog rotora, odstupanje brzine
u trenutku t=20 s dobija vrednost
7.8133·10-5, što je zanemarljiva
vrednost. Drugim rečima, za razliku
od izolovanog rada, gde statizam
regulatora određuje krajnju brzinu,
ovde se brzina vraća na sinhronu
vrednost, a frekvencija na 50 Hz.
Na sl. 20 prikazano je dejstvo
regulatora brzine, uz pojačanje
Kg=10. Regulator deluje, ali na kraju
nema promene odate mehaničke
snage. Regulator pobude smanjuje
napon pobude na vrednost 0.883 rj,
a ugao mašine promeni se sa 72˚ na
75.3˚. Zbog smanjenja pobudnog
napona, smanjena je i struja
generatora na 0.866 rj, a za isti iznos
i prividna snaga generatora (zbog
iste vrednosti napona). Prividna
snaga mašine smanjena je sa
vrednosti S=4.25 MVA na vrednost
[030]
S=3.683 MVA. Ta vrednost određena
je tokovima snaga i naponskim
prilikama.
6. Zaključak
U radu je pokazano da ATP-EMTP
simulacioni model može da omogući
detaljnu analizu prelaznih procesa
koji nastaju u radu distributivne
mreže na koju je priključena mala
elektrana snage 5 MVA. Ovakve
analize neophodne su u slučajevima
kada postoji elektronska i električna
oprema osetljiva na poremećaje u
okruženju. Osnovna karakteristika
prikazanog modela je da on
omogućava analizu raznovrsnih
prelaznih procesa, kao i ustaljenog
stanja i tokova snaga.
Rezultati simulacije verno
odslikavaju procese koji se dešavaju,
a modeli elemenata su složeni i,
praktično, bez pojednostavljenja.
U daljem radu, simulacioni model
bi mogao da bude upotrebljen
za pojedinačne analize opisanih
prelaznih procesa.
energija
7. Literatura
[1] Jenkins N., Allan R., Crossley
P., Kirscher D., Strbac G.,
EMBEDDED GENERATION,
The Institution of Electrical
Engineers, 2000., United
Kingdom
[2] Velasco J. A. M. (convenor),
VOLTAGE DIP EVALUATION
AND PREDICTION TOOLS,
CIGRE Brochure No. 372, Task
Force C4.102, February 2009.
[3] TEHNIČKA PREPORUKA
BR. 16: OSNOVNI
TEHNIČKI ZAHTEVI ZA
PRIKLJUČANJE MALIH
ELEKTRANA NA MREŽU
ELEKTRODISTRIBUCIJE
SRBIJE, JP „Elektroprivreda
Srbije“, Srbija, 2003, www.eps.
rs/publikacije/teh_preporuke/
TP16CDF.pdf.
[4] Hatziargyriou N.
(convenor), CONNECTION
CRITERIA AT THE
DISTRIBUTION NETWORK
FOR DISTRIBUTED
GENERATION, CIGRE
Brochure No. 313, Task Force
C6.04.01, February 2007.
[5] Working Group C6.02:
CONNECTION OF
GENERATORS AND OTHER
CUSTOMERS – RULES
AND PRACTICES -, CIGRE
Brochure 271, April 2005.
[6] IEEE Standards Coordinating
Committee 21: IEEE
Application Guide for IEEE
Std 1547TM, IEEE Standard for
Interconnecting Distributed
Resources with Electric Power
Systems, 2008.
[7] ELECTRO-MAGNETIC
TRANSIENTS PROGRAM
(EMTP) THEORY
BOOK, Bonneville Power
Administration, USA, August,
1986.
[8] ALTERNATIVE TRANSIENTS
PROGRAM (ATP) RULE
BOOK, Canadian/American
EMTP User Group, 1987-92.
[9] Freitas W., Vieira J. C. M.,
Morelato A., da Silva L. C. P.,
da Costa V. F., Lems F. A. B.,
COMPARATIVE ANALYSIS
BETWEEN SYNCHRONOUS
AND INDUCTION
MACHINES FOR
DISTRIBUTED GENERATION
APPLICATION, IEEE Tr. On
Power Systems, 21 (2006), 1,
pp. 301-311.
[10] Fabricio A.M. Moura, Jose
R. Camacho, Marcelo L.R.
Chaves, Geraldo C. Guimaraes,
INDEPENDENT POWER
PRODUCER PARALLEL
OPERATION MODELING
IN TRANSIENT NETWORK
SIMULATIONS FOR
INTERCONNECTED
DISTRIBUTED GENERATION
STUDIES, Electric Power
System Research 80 (2010), pp.
161-167.
[11] Stojković S., ANALIZA
UTICAJA KVAROVA U
DISTRIBUTIVNOJ MREŽI
NA DISTRIBUIRANE
SINHRONE I INDUKCIONE
GENERATORE
SOFTVERSKIM ALATOM
ATP-EMTP, „Energija,
ekonomija, ekologija“, Br. 1/
Godina XII/Mart 2010., UDC
620.9, ISSN br. 0354-8651, str.
214-220.
[12] Kundur P., POWER SYSTEM
STABILITY AND CONTROL,
McGraw-Hill, 1994.
[13] Ćalović M., REGULACIJA
ELEKTROENERGETSKIH
SISTEMA, Elektrotehnički
fakultet, Beograd, 1997.
Zahvalnost
Autor se najljubaznije zahvaljuje
Ministarstvu za nauku i tehnološki
razvoj Republike Srbije za
finansijsku podršku projekta TR17001 „Pouzdanost deregulisanih
distributivnih sistema“.
[031]
energija
Prof. dr Slobodan Vukosavić, Elektrotehnički fakultet, Beograd, Srbija
Prof. dr Željko Despotović, Institut „Mihajlo Pupin“, Beograd, Serbija
M.S.EE, Nikola Popov, Elektrotehnički fakultet, Beograd, Srbija
UDC: 621.317.32.001.573
Univerzalni elektronski
merni modul za
merenje struje i napona
elektrostatičkih izdvajača
1.Uvod
Generisanje visokih jednosmernih
napona (>40kV), je uveliko postalo
aktuelno u tehnologijama koje se
primenjuju u izdvajanju i kontroli
emisije čestica dimnih gasova
na industrijskim postrojenjima
najvećih aero-zagađivača kao što su
termoelektrane, toplane, cementare i
druga industrijska postrojenja, koja
ispuštaju u atmosferu štetne dimne
gasove.
Najefikasnije sredstvo za uklanjanje
čestica iz dimnih gasova su
elektrostatički izdvajači (ESI), čiji
se rad bazira na korišćenju visokog
napona (VN) između taložnih
emisionih elektroda. Pretvaranje
monofaznih i trofaznih mrežnih
napona u visoke jednosmerne napone
se ostvaruje grupom energetski
pretvarač-VN transformator
(podizač napona). Konvencionalni
pretvarači koji se koriste u
ovim aplikacijama su bazirani
na 50Hz-nim regulatorima sa
tiristorskom kontrolom [1]. U novije
vreme se radi na razvoju novih
naprednih visokofrekventnih (VF)
tehnologija koje se počinju polako
uvoditi u sisteme za otklanjanje
aero-zagađenja u pomenutim
industrijskim postrojenjima. U oba
ova slučaja od interesa je meriti
napon na elektrodama izdvajača
kao i njegovu struju. Merenje ovih
veličina je značajno sa aspekta
optimalne kontrole i iskorišćenja
grupe energetski pretvarač-VN
transformator, u cilju što efikasnijeg
izdvajanja čestica dimnog gasa na
izlaznom dimnjaku postrojenja, ali i
iz razloga monitoringa ovih veličina
sa stanovišta nadređenog nadzorno
Sažetak
U radu je prikazano praktično realizovano tehničko rešenje inetgrisanog
elektronskog modula za merenje trenutne vrednosti visokog napona (VN)
i struje elektrostatičkih izdvajača (ESI). Realizovani merni modul je
prilagođen za opseg promene napona na elektrodama ESI (0-100kV),
odnosno za opseg struja 0-1A. Elektronski merni modul je integrisan u
transformatorski sud ispunjen uljem, u kojem se nalaze VN ispravljač i
VN visokofrekventni (VNVF) transformator. Razvijeni elektronski modul je
ustvari merni pretvarač kojim se omogućava merenje struje i napona ESI
pri čemu se na njegovom izlazu dobijaju naponski signali ovih veličina
normalizovani na standardan industrijski opseg 0-10V. Ovi signali se koriste
za prikazivanje trenutnih vrednosti struje i napona ESI, ali i kao sastavni
deo povratne sprege u regulacionom kolu VF pretvarača kojim se napaja
ESI. Rešenje je primenjeno u sklopu VNVF sistema na elektrofiltarskom
postrojenju na TE “Morava”.
THE UNIVERSAL ELECTRONIC MODULE FOR MEASURING
THE CURRENT AND VOLTAGE OF THE ELECTROSTATIC
PRECIPITATORS
The paper presents a practical technical solution realized integrated
electronic module for the measurement of high voltage and current on the
electrodes of electrostatic precipitators (ESP). The described measurement
module covers the standard range of voltage variation on the electrodes
ESI (0-100kVA), while the standard range of currents which are supplied
0-1A. Developed electronic module is integrated into the transformer oil
tank, where there are high voltage rectifier and high voltage high frequency
(HVHF) transformer. Electronic module is actually a measurement converter
that allows you to measure current and voltage on the electrodes of ESP to
receive its output voltage signals are normalized to the standard industrial
range 0-10V. These signals are used to display the voltage current values
of voltage and ESP, but also as an integral part of a feedback regulation in
the round HVHF power converter. The solution is applied to ESP plant at
TPP “Morava” and measuring module is embedded in the court of VNVF
transformer /rectifier set. The proposed method is universal in the sense, that
it can be applied to any type VNVF rectifier devices for supplying of ESP.
upravljačkog SCADA sistema.
Standardno se problem merenja VN
na elektrodama ESI izvodi otpornim
razdelnikom [1-2], sastavljenim
iz dva otpornika (jedan ka VN
strani i drugi ka NN strani) kao
[032]
što prikazuje slika 1. Gornji kraj
VN otpornika je vezan preko VN
izolatora na VN kraj (standardno
100kV za većinu ESI). Standardna
vrednost ovog otornika je 100MΩ,
a njegova nominalna struja 1mA.
energija
Slika 1 Konvencionalno merenje VN na elektrodama ESI
Slika 2 VN merni sistem firme Jeenel
(a) VN razdelnik, (b) transmiter
(a)
(b)
Otpornik koji je postavljen ka
uzemljenom kraju elektroda ESI
je značajno manje vrednosti i sa
njega se vrši merenje napona na ESI
prema odnosu razdelnika koji je dat
na Sl.1. Sa NN otpornika 10kΩ se
vodi naponski signal oklopljenim
(„širmovanim”) kablom do mernog
instrumenta.
Jedna od najpoznatijih firmi koja
proizvodi VN razdelnike napona
je North Star High Voltage koja se
sa svojim proizvodnim programom
predstavlja na internet sajtu http:/
highvoltageprobes.com/high-voltageprobes.html.
U proizvodnom programu se
susreću dva tipa VN sondi odnosno
VN razdelnika napona: tip PVM
i VD koji pokrivaju sve zahteve
VN merenja na ESI. Pored ovog
proizvođača na tehnološkom tržištu
su zastupljeni VN razdelnici firme
Jeenel Technology Services, koji
se mogu videti na sajtu www.
jeenel.com. Tipičan izgled jednog
VN razdelnika sa pripadajućim
transmiterom je dat na slici 2.
Ostali proizvođači nude slična
rešenja. Standardno, prenosni odnosi
razdelnika su 1:1000 ili 1:2000.
U kombinaciji sa razdelnikom se
koristi odgovarajući transmiter koji
normalizuje VN signal 0-100kV sa
ESI, na nivo upravljačke elektronike
0-10V DC. Prethodno opisani
sistemi se odlikuju značajnim
dimenzijama, težinom te stoga i
cenom. Pored ovoga oni zahtevaju
specijalne uslove za montažu zbog
svog specifičnog oblika. U nekim
slučajevima se jednosmerni napon
ESI tj. napon negativne elektrode
meri preko VN otpornika od 80MΩ
(ili 265MΩ zavisno od proizvođača)
koji zajedno sa otpornikom od
6,8kΩ formira razdelnik napona. VN
otpornik je napravljen od niza na
red povezanih otpornika od 1MΩ,
6kV. Obično se nalazi u ulju u kotlu
energetske jedinice transformator/
ispravljač. Moguće je rešenje i sa
samostalnim VN otpornikom koji
se nalazi izvan posude sa uljem
[3]. Primena VN merenja u novije
vreme dobija na značaju u sistemima
za dijagnozu ESI. Ovi sistemi se
takođe baziraju na VN razdelnicima
napona koji su opisani u [4], sa jasno
naznačenim dinamičkim osobinama
i pouzdanošću njihovog korišćenja u
realnim eksploatacionim uslovima.
2. Opis mernog modula
Realizovano tehničko rešenje
predstavlja kompaktni i integrisani
elektronski modul za merenje
trenutne vrednosti struje i napona
ESI napajanih iz VF pretvarača. Kao
jedan od glavnih ciljeva ovog razvoja
je bio osmisliti pouzdan sistem za
merenje trenutnog napona i struje.
Obzirom da se radi o VN merenju,
javila se potreba da se radi zaštite
izvede odgovarajuća galvanska
izolacija mernih signala.
VN deo merenja se odnosi
na merenje izlaznog napona
ESI posredstvom VN diodnog
ispravljača, dok se izlazna struja ESI
se dovodi direktno sa otpornog šanta
50mΩ/0-50 mV, kao što je prikazano
na slici 3.
Galvanski izolovani signali se
dovode na analogne ulazne portove
DSP upravljačke jedinice. Merna
elektronika ustvari predstavlja
niskopropusni filtar N- reda i
prilagođena je s jedne strane
uslovima VN merenja koja se
karakterišu sa veoma izraženim
šumovima , a druge strane DSP
kontrolnoj jedinici, prema kojoj
ti šumovi treba da budu potisnuti.
Svi merni signali na VN strani su
referisani prema uzemljenom kraju
ESI. Signali dobijeni iz mernog
modula se pored interne povratne
sprege koriste i kao elementi
nadzorno upravljačkog SCADA
sistema tako što se iz DSP kontrolne
jedinice prosleđuju na njegove
analogno ulazne jedinice.
Slika 3 Principska šema merenja struje i napona ESI
[033]
energija
3. Eksperimentalni rezultati
U ovom poglavlju su dati rezulatati
eksperimentalnih ispitivanja na
VN mernom modulu. Ispitivanja
i testiranja su obavljena u
laboratorijskim i realnim
Kao senzor napona je korišćena VN
sonda-VS za 2.5kV sa ugrađenim
kondenzatorskim razdelnikom. Kao
senzor struje-CS je korišćen LEM
modul za 600A. VN deo ispravljača
je preko provodnog izolatora vezan
Slika 4 Eksperimentalni sistem za testiranje i verifikaciju VN mernog modula
eksploatacionim uslovima na
postrojenju ESI na TE “Morava”.
Na slici 4 je prikazan kompletan
eksperimentalni sistem koji je
formiran u sklopu navedenog
postrojenja ESI a u cilju verifikacije
rada i testiranja mernog modula.
Za pobudu primara VNVF
transformatora je korišćen IGBT
pretvarač snage prividne snage
150kVA. Napajanje IGBT pretvarača
je ostvareno iz trofazne mreže
0.4kV/50Hz. Kao zaštita od kratkog
spoja se koriste osigurači F1-F3.
Uključenje mrežnog napajanja se
ostvaruje prekidačem Q1.
IGBT pretvarač sadrži sve
potrebne strujne i naponske zaštite.
Izlazni napon ovog pretvarača je
pravougaoni promenljive učestanosti
(0-20kHz) i promenljivog „duty-
cycle“ (0-100%). Podešavanje
ovih parametara se ostvaruje
preko pulta koji je pod kontrolom
operatera. Kontaktor K1 služi za
priključenje opterećenja pretvarača
(primar VNVF transformatora)
preko promenljive prigušnice Lp.
Upravljački namotaj kontaktora
se napaja iz 220V/50Hz preko
komandnih tastera START/STOP.
Ovi tasteri su takođe pod kontrolom
operatera. Sva merenja trenutnih
vrednosti signala na VN strani
(struje i napona) u dinamičkim
režimima su vršena na osciloskopu
koji je galvanski odvojen od ostatka
sistema. Na osciloskopu su pored
merenja napona i struje primara
VNVF transformatora, vršena
merenja izlaznog napona i izlazne
struje na priključcima elektrodnog
sistema ESI.
Slika 5 Verifikacija VN merenja na ESI; (a)-osciloskopski snimak porasta napona
na elektrodama ESI, (b)-izmerene vrednosti napona na ESI i izlazni
mernim priključcima modula u stacionarnom režimu
[034]
na opterećenje (elektrodni sistem
ESI sekcije). Tipične vrednosti
ekvivalentne otpornosti jedne od
sekcija ESI su iznosile oko 68kΩ,
dok su ekvivalentne vrednosti
kapaciteta iznosile 25nF.
VN deo je fizički
odvojen preko
uzemljenog VN
kaveza (zastora),
kojim je obezbeđena
sigurnost rada
operatera u
slučaju da dođe do
eventualnog preskoka.
Akvizicija i merenja
karakterističnih
veličina na VN delu
su ostvarena opisanim
elektronskim
modulom potopljenog
u uljni medijum
u kojem se nalaze
transformator i
diodni ispravljač.
Prema slici 5 ovim
merenjem se dobijaju
DC napon i struja na
izlazu VN ispravljača.
Signali koji se dobijaju na ovaj
način su referisani prema analognoj
masi koja je vezana na uzemljeni
kraj ESI. Pored toga merene su i
temperature u pojedinim tačkama
magnetnog kola, namotaja primara
i sekundara transformatora, kao i
samog uljnog medijuma. Obezbeđen
je i vizuelni monitoring jednosmerne
vrednosti napona i struje na izlazu
VN ispravljača, elektrostatičkim
voltmetrom 0-100kV tačnosti 1% i
ampermetrom sa kretnim kalemom
0-1A tačnosti 0.5%.
U okviru verifikacije i testiranja
merene elektronike sprovedeno je
nekoliko eksperimenata. U prvom
eksperimentu je zadat postepeni
porast napona na elektrodnom
sistemu ESI od 0-60kV. Učestanost
IGBT pretvarača je podešena na
12.5kHz. Verifikacija VN merenja
je data na slici 5. Osciloskopski
snimak porasta napona na izlaznim
priključcima mernog modula
Uout=Udc je dat na slici 5(a).
Tabelarni prikaz izmerenih vrednosti
napona na elektrostatičkom
voltmetru i napona na izlazu mernog
modula su dati na slici 5(b).
Pored ovih merenja su izvršena
merenja u stacionarnom režimu pri
čemu je naponskim PWM impulsima
IGBT pretvarača podešen opseg
promene napona na izdvajaču u
opsegu 0-60kV. Merene su srednje
vrednosti napona i struje ESI.
energija
Tabela 1 Prikaz rezultata merenja pri testiranju elektronskog mernog modula za
merenje struje i napona ESI
Dobijene vrednosti su sređene
tabelarno, kao što je prikazano u
tabeli 1.
Na osnovu tabelarno sređenih
rezultata su prikazane zavisnosti
V(UDC)=F1(UESI) i V(IDC)=F2(IESI)
grafički kao što je prikazano na slici
6. Sa ovih grafičkih zavisnosti se vidi
da se postiže veoma dobra linearnost
mernog elektronskog modula za
merenje napona i struje ESI.
Tehničke karakteristike VN mernog
modula su :
-Napajanje :
±15VDC/0.2VA
-Ulazni napon: 0-60kV DC (opciono
0-100kV DC)
sa inherentnog
razdelnika u VN
diodnom mostu
-Ulazna struja: 0-1A DC
(pulsirajuća DC za
opseg učestanosti
0-50kHz)
-Izlazni signali
STRUJA: naponski signal
0-10V, opciono
:strujni signal
4-20mA(0-20mA)
NAPON: naponski signal
0-10V, opciono:
strujni signal
4-20mA(0-20mA)
-Tačnost merenja:
< 2%
-Stepen zaštite:
P68
-Dimenzije modula: 100x100x20mm
-Temperaturni
opseg:
-25ºC do +100ºC
-Relativna vlažnost:
98%
4. Zaključak
U radu je predstavljeno tehničko
rešenje univerzalnog elektronskog
modula za merenje visokog napona
na elektrodama elektrostatičkih
izdvajača (ESI) i merenje trenutne
vrednosti struje kojom se one
napajaju. Merni sistem je prilagođen
standardnom mernom opsegu
promene napona na ESI (0-100kV),
odnosno za standardni opseg struja
kojim se napajaju (0-1A). Razvijeni
elektronski modul je integrisan
u sklopu VNVF pretvarača za
napajanje ESI. Elektronski modul
je ustvari merni pretvarač kojim se
omogućava merenje struje i napona
ESI pri čemu se na izlazu dobijaju
normalizovani naponski signali u
opsegu 0-10V. Ovi signali se koriste
za prikazivanje trenutnih vrednosti
struje i napona ESI, ali i kao sastavni
deo povratne sprege u regulacionom
kolu VNVF pretvarača. Opisano
tehničko rešenje je primenjeno na
elektrofiltarskom postrojenju na
Slika 6 Grafički dobijene zavisnosti izmerenih naponskih signala mernog elektronskog modula za merenje napona i struje ESI, (a)- zavisnost
V(UDC)=F1(UESI), (b)-zavisnost V(IDC)=F2(IESI)
[035]
TE “Morava”. Predložena merna
metoda je univerzalna u tom smislu
što se može primeniti za bilo koji
tip konvencionalnih 50Hz-nih SCR
ispravljača tako i u slučaju novih
VNVF ispravljača koji se koriste za
napajanje ESI. Njegova primena
se odnosi na sisteme za merenje i
akviziciju veličina na VN delu ESI
(napona i struje), ali i kao integralni
deo povratne sprege digitalnih
kontrolera za regulaciju napona,
struje i broja preskoka u vremenu na
elektrodnim sistemima ESI. Prednost
razvijenog mernog modula u odnosu
na konvencionalne VN razdelnike
je modularan dizajn, značajno
manje dimenzije, bolja otpornost na
spoljašnje uticaje i značajno bolja
pouzdanost.
Merni modul prikazan u radu
je projektovan i napravljen
Elektrotehničkom fakultetu
u Beogradu-Laboratorija za
mikroprocesorsko upravljanje
energetskim pretvaračima. Ceo
ovaj razvoj je finansijski podržan
delom od Ministarstva za nauku
Republke Srbije kroz Projekat
tehnološkog razvoja TR-21007 »Razvoj i primena visokonaponske
visokofrekventne opreme za
otklanjanje aerozagađenja u
industriji i elektroprivredi«, a delom
od strane P.D TE »Nikola Tesla«Obrenovac.
Literatura
[1] K. Parker, ''Electrical operation
of electrostatic precipitators'',
The Institution of Electrical
Engineers, London, 2003.
[2] N.V.P.R Durga Prasad,
T.Lakshminaray, J.R.K
Narasimham, T.M.Verman
and C.S.R Kirshnam Raju,
»Automatic Control and
Management of Electrostatic
Precipitator«, IEEE Trans. on
Industry Applications, Vol.35,
No.3, May/June 1999, pp.561567.
[3] S.Dobričić, I.Stevanović,
R.Prole, D.Jevtić,
”Primena optike u merenju
visokonaponskih veličina kod
elektrostatičkih filtera”, 29
Savetovanje YUKO Cigre-rad R
B4-06, Zlatibor, 31 maj-06 jun
2009.
[4] M.Koralun, »High Voltage
Mesurements in Electrostatic
Precipitator Energizing Circuit«,
Journal of Electrostatics, Vol.23,
April 1989, pp.293-301. Special
Issue Electrostatics 1989.
energija
Maja Nikolić, dipl. el. ing, PD „Elektrodistribucija – Beograd“ d.o.o.
Momir Bošković, Diginaut d.o.o.
UDC: 621.316.17 : 62-519
Integracija informacionih
podsistema sistema
daljinskog upravljanja
EDB Beograd – integracione
tehnologije
1 Uvod
Pojačani zahtevi na energetski sektor
u oblasti proizvodnje i distribucije
pojačavaju potrebu za boljom
kontrolom rada sve složenijih
elektroenergetskih sistema. Razmena
podataka između podsistema
sve je intenzivnija zbog prelaska
na elektronsku kontrolu tokova
dokumenata, ali i zbog analiza
podataka iz različitih delova sistema.
Informacioni podsistem sistema
daljinskog upravljanja (IPS SDU)
je od manjeg projekta spajanja
baza podataka za podršku sistemu
daljinskog upravljanja postao jedan
od centralnih sistema za kontrolu
tokova dokumenata, obradu
događaja na mreži i analizu mrežne
topologije svih naponskih nivoa u
Elektrodistribuciji Beograd.
IPS SDU se sastoji od više servisa
koji dele zajednički informacioni
model baziran na CIM modelu
opisanom kroz serije standarda IEC
61970 i 61968. IPS SDU objedinjuje
i povezuje poslovne funkcije i službe
u okviru direkcije upravljanja.
IPS SDU, kao pomoćni sistem,
projektovan je da podržava standarde
za inter-aplikativnu komunikaciju
opisanu u standardima IEC 61970
i 61968 kako bi se priključio na
korporativnu magistralu poruka.
Zbog položaja u direkciji upravljanja
i nepostojanju korporativne
magistrale poruka, IPS SDU
privremeno preuzima funkcije
orkestracije poruka i tokova
dokumenata i integriše podsisteme u
radu operativnog upravljanja.
Zbog toga što navedeni standardi još
nisu završeni, izbor odgovarajuće
arhitekture i alata bio je ograničen,
Sažetak
Informacioni podsistem sistema daljinskog upravljanja (IPS SDU) je jedan
od sistema direkcije upravljanja Elektrodistribucije Beograd čiji je zadatak
povezivanje poslovnih funkcija i službi u okviru operativnog upravljanja
distributivnim elektroenergetskim sistemom.
U radu je opisana metodologija brzog razvoja informacionih sistema i
arhitektura IPS SDU pomoću kojih su se uspešno rešili problemi integracije
više podsistema, kontrola tokova dokumenata i obrada događaja i signala u
realnom vremenu.
Ključne reči: upravljanje, integracija, CIM, model-driven, MDA, MDE
dok bi izbor integrisanih gotovih
rešenja zahtevao veće promene izvan
domena rada podsistema. Kako
se redovno poslovanje direkcije
upravljanja ne sme dovesti u pitanje,
postepena unapređenja su optimalno
rešenje.
1.1 Početni zahtevi za
unapređenjem sistema
Predviđena arhitektura obuhvata
integraciju podataka sa različitih
sistema. Neki podaci se obrađuju
u realnom vremenu kao što su
SCADA signali i alarmi, dok se drugi
obrađuju kroz tokove dokumenata
gde nije neophodna trenutna reakcija.
Prema tome se operativni kontekst
IPS SDU svrstava u kategoriju
proširenog realnog vremena.
Promena strukture poslovnog
sistema u velikom preduzeću
sa kompleksnim i decenijama
neizmenjenim poslovnim
procedurama postavlja tehničke
uslove koji su rešeni specifičnom
mešavinom različitih informatičkih
tehnologija.
Praćenje događaja od identifikacije i
lociranja do obrade i analize zahteva
[036]
pristup svim podacima i parametrima
DEES-a čime se između ostalog
utvrđuje uklopno stanje, mrežna
topologija i parametri kao i podaci
o pogođenim potrošačima. Kako je
stanje pre integracije obuhvatalo više
nezavisnih aplikacija i baza podataka
sa ograničenim vezama, odlučeno
je da se napravi zajednički model
i baza podataka koji će odgovarati
zahtevima svih službi koje učestvuju
u procesu kontrole rada DEES.
Zajednički model i informacioni
sistem treba da ispune sledeće
zahteve:
Heterogeno poslovno okruženje Dvadeset korisničkih grupa pristupa
IPS SDU iz službi sa različitim
potrebama, načinima obrade i
prikaza podataka, kao i sa različitim
obimom i rezolucijom ažuriranja
podataka.
Performanse – Određeni servisi
zahtevaju obradu većeg dela
podataka u realnom vremenu,
dok drugi zahtevaju kompleksne
analize da bi odgovorili na zahteve
korisnika.
Brža komunikacija - Efikasna
obrada događaja i signala
energija
podrazumeva elektronsku razmenu
dokumenata čime se ubrzava
komunikacija između službi i sama
realizacija poslova. Sistem treba da
zameni postojeće poslovne procese
i načine komunikacije tako da ne
naruši njihov integritet.
Fleksibilnost - Potrebe službi,
odnosno, grupa korisnika, razlikuju
se i u pogledu korisničkog interfejsa
i u pogledu funkcija za obradu
podataka. Sistem treba da se
prilagodi svakoj korisničkoj grupi
i da se integriše u aplikativno
okruženje korisnika.
Vremenska dimenzija – Podaci o
mrežnim elementima, topologija,
uklopna stanja i sinoptički prikazi
treba da se prate kroz vreme tako da
omoguće retroaktivne analize mreže.
2 Opis arhitekture
IPS SDU koristi jednu od varijanti
model-driven arhitekture (MDA),
tzv. „model-driven environment“
(MDE), odnosno, radno okruženje
upravljano modelom. Arhitektura
omogućava promene sistema bez
značajnijeg uticaja na rad korisnika
i servisa, a pri tome omogućava
njegov nesmetan razvoj. Dinamično
softversko okruženje omogućava
automatizaciju svih slojeva
sistema i njihovo usklađivanje sa
radnim kontekstom i modelom.
Automatizacija se ne odnosi na
kreiranje izvršnog ili izvornog koda,
već isključivo na rad komponenti
sistema u skladu sa zadatim
modelom. Modelovanje sistema se
vrši pomoću specijalizovanih alata
baziranih na UML standardu.
Iako se u praksi izabrana
metodologija razvoja informacionih
sistema povezuje sa višim stepenom
rizika, MDE arhitektura je uspešna
onoliko koliko se dosledno
primenjuje i koliko je razvojni
tim harmoničan i upoznat sa
specifičnostima arhitekture koja se
razvija. Trenutno ne postoje MDE
alati koji u potpunosti odgovaraju
različitim primenama i najčešće se
alati prave za svaku pojedinačnu
primenu.
2.1 Dinamično radno okruženje
Servisi koji obrađuju statuse mrežnih
elemenata i tehničke podatke DEES
rade bez prekida čak i prilikom
izmena modela i centralne baze
podataka. Kako se sistem neprekidno
prilagođava i unapređuje utvrđena su
pravila i smernice da bi se obezbedio
nesmetan rad svih modula IPS SDU
kao i podsistema sa kojima IPS SDU
komunicira:
Slika 1 „Špageti“ pristup u povezivanju delova sistema
Slika 2 Zajednička magistrala poruka za povezivanje delova sistema
1) Izbor hierarhije nasleđivanja
u skladu sa CIM modelom
[037]
omogućava da se promene modela
vrše na tačno određenim nivoima
energija
ne utičući značajno na ostale nivoe
2) Podacima se pristupa isključivo
preko aplikativnih servisa umesto
direktnog pristupa bazi podataka.
3) Podaci i model su integrisani i na
zahtev aplikativnog klijenta oni
se šalju u istom paketu. Klijenti
mogu da usklade procedure za
obradu u skladu sa informacijama
kojima se opisuju poslati podaci
kao što su vrsta i tip podatka,
ograničenja, veze sa drugim
strukturama i modelima kao i
dokumentacija.
2.2 Optimizacija komunikacije i
tokova dokumenata
U skladu sa preporukama o
implementaciji zajedničke magistrale
poruka iz standarda IEC 61970
i 61968, prilikom integracije
podsistema veliki broj interfejsa
između njihovih delova zamenjuje
se zajedničkom magistralom gde je
svaki deo sistema odgovoran za svoj
interfejs. Tako se tzv. špageti pristup
zamenjuje zajedničkom magistralom
podataka.
Slojevita arhitektura organizovana
oko magistrale poruka omogućava
distribuciju podataka i opterećenja
na nezavisne servise kao što su:
topološki servisi, obrada pravaca
napajanja potrošača, obrada SCADA
signala i alarma, kontrola isključenja
važnih potrošača, nedostupne
daljinske stanice, i sl.
3 Funkcije IPS SDU
Kako komunikacija preko magistrale
poruka nije uvek opravdana, IPS
SDU sadrži i model-driven web
servise koji omogućavaju pristup
svim podacima u okviru IPS SDU.
Pored toga, određene informacije se
bolje distribuiraju putem elektronske
pošte ili standardnih RSS kanala
(Really Simple Syndication).
Korisnici i drugi sistemi mogu
da biraju vrstu interfejsa koji im
najbolje odgovara ili onog koji je
optimalan za određeni zadatak.
3.1 Projektovanje prema količini
i frekvenciji osvežavanja
podataka
Usklađivanje performansi pojedinih
servisa vrši se u odnosu na potrebe
korisnika u smislu količine podataka
sa kojima istovremeno rade i
frekvencije osvežavanja.
Količina podataka kojoj određeni
servisi pristupaju određuje
način izrade memorijskog keša
i indeksiranja. Procesi koji
Slika 3 Interfejsi prema službama i sistemima PD EDB
Slika 3a
obrađuju podatke u realnom
vremenu zahtevaju veće keširanje
i indeksiranje podataka. Keširanje
i indeksiranje podataka radi bržeg
pristupa i obrade zahteva velike
količine radne memorije. Ako
pri tome servisi rade sa velikom
količinom podataka može doći do
preopterećenja radne stanice, pucanja
sistema ili drastičnog usporenja rada
programa.
Komandna tabla, slika 3a, u
dispečerskim centrima prima
SCADA signale preko magistrale
poruka u realnom vremenu, ali
njihova obrada zavisi od naknadne
akcije korisnika koja se najranije
može izvršiti u roku od nekoliko
sekundi. Topološki servis takođe
prima SCADA signale, ali ih
obrađuje u realnom vremenu (vreme
obrade je manje od 500ms) kako bi
generisao alarme i izveštaje vezane
za kontrolu isporuke električne
[038]
energije. Rezultati obrade topološkog
servisa prosleđuju se nazad na
magistralu poruka gde komandne
table svake od službi mogu da
reaguju i osveže svoje prikaze.
Balansiranje brzine obrade poruka
zavisi od pojedinačne funkcije i
potreba korisnika. Analiziranjem
potreba korisnika po pojedinim
servisima bilo je dovoljno da
se računarski resursi uspešno
optimizuju. U periodu od godinu
dana (novembar 2009 do novembar
2010) nije identifikovan incident u
kome bi došlo do kompromitovanja
performansi na servisima koji rade u
okviru realnog vremena.
Komandna tabla, koja je opisana
dalje u tekstu, najsloženiji je
deo sistema koji pristupa svim
tehničkim podacima DEES,
tokovima dokumenata, i sinoptičkim
prikazima. Zbog prikazivanja
energija
rezultata kalkulacija u realnom
vremenu najbolji je test performansi
izabrane arhitekture.
Komandna tabla inicijalno preuzima
topologiju i statuse mrežnih
elemenata sa topološkog servisa,
ali nakon toga preuzima poruke
sa magistrale poruka i samostalno
(lokalno) vrši kalkulacije topoloških
ostrva i pogođenih potrošača. Ovim
se smanjuje količina podataka koja
se šalje kroz računarsku mrežu kao i
opterećenje na serveru topologije.
3.2 Rast složenosti sistema po
aplikativnim slojeva
MDE arhitektura daje brze rezultate
u pogledu generisanja šablonskih
algoritama i procesa. Nakon
učitavanja meta-modela podešavaju
se parametri korisničkog okruženja
i poslovnih procesa. Izmene su
složenije ukoliko određeni procesi
ne mogu da se opišu kroz standardni
IPS SDU meta-model. Funkcije
obrade i prezentacije podataka
prilagođavaju se radnom kontekstu,
korisničkoj grupi i ulozi entiteta
(entity role) što kod složenih
sistema generiše veliki broj mogućih
kombinacija. Bez pravilne upotrebe
nasleđivanja parametara može
doći do situacije u kojoj mane ove
arhitekture delom ili u celosti potiru
njene prednosti. Sistem tada postaje
suviše komplikovan za održavanje i
dalji razvoj.
Na slici 4 prikazan je rast broja
kombinacija automatski generisanih
formi, parametara i komponenti na
primeru delova IPS SDU sistema.
4 Aplikativna integracija
Nesmetan rad službi i korisnika kao
bitan preduslov za uspešnu primenu
novog sistema lakše se obezbeđuje
ukoliko se vrši nadogradnja u
okruženju koje je već poznato
korisnicima. Arhitektura IPS SDU
omogućila je publikovanje svih
elemenata sistema preko COM
Interop interfejsa koji se koristi kod
VBA (Visual Basic for Applications)
integracije. Isti interfejs se koristi
i prilikom izrade ekstenzija za
AutoCAD i Microsoft Office
programe.
Kako većina službi koristi GIS
za prostorno planiranje i analizu
elektroenergetskog sistema izvršena
je integracija sa IPS SDU u oba
smera. To znači da korisnici GIS
aplikacije mogu da aktiviraju IPS
SDU funkcije i korisnički interfejs,
a korisnici IPS SDU mogu da
imaju geografske slike vezane za
Slika 4 Složenost primene MDE arhitekture raste sa aplikativnim slojevima
Slika 5 Jedan od interfejsa prema sistemima u nadležnosti direkcije za informatiku
i telekomunikacije
trafostanice i adrese potrošača.
Zahvaljujući zajedničkom dogovoru
oko šifarnika ova funkcija je bila
vrlo lako implementirana.
4.1. Komandna tabla i dispečerski
dnevnici
IPS SDU Komandna tabla, koja
istovremeno koristi gotovo
sve funkcije IPS SDU, na
jedinstven način daje uvid u
stanje celog konzuma i najbolji
je primer trendova integracije i
transparentnosti servisa.
Trenutno postoje četiri verzije
komandne table za sledeće grupe
korisnika: dispečerski centar
35/110kV, dispečerski centar 10kV,
informativni (call) centar i operativna
energetika. Svaka grupa korisnika
pristupa istim servisima ali uz različit
korisnički interfejs i sa različitim
funkcijama vezanim za sinoptički
prikaz i za događaje na mreži.
Najbolji primer integracije aplikacija
je u kontroli AutoCAD programa
[039]
u kome se u realnom vremenu
ažuriraju granice i vrše kalkulacije
topoloških ostrva.
Preko IPS SDU ekstenzije za
AutoCAD korisnici mogu da
dobiju selekciju elemenata po
ostrvima zajedno sa izveštajem o
vezanim potrošačima. Pretraživanje
elemenata kroz IPS SDU omogućava
pozicioniranje na simbol tog
elementa na slici, dok se izborom
simbola na slici omogućava pregled
događaja za taj mrežni element.
Performanse sistema su prevazišle
inicijalna očekivanja pa je uvedena
opcija da se prelaskom miša preko
slike u realnom vremenu prikazuju
podaci o mrežnim elementima i
vezanim potrošačima u tom ostrvu.
4.2 Informativni centar (call
centar)
Identifikovani signali i događaji se u
informativnom centru prikazuju sa
podacima o pogođenim potrošačima
i osnovnim informacijama o kvaru.
energija
Slika 6 Komandna tabla za dispečerske centre prikazuje sve podatke od značaja za
upravljanje
Radni deo sa dispeþerskim dokumentima, radnom
listom mrežnih elemenata i komandama za
ažuriranje uklopnih stanja na sinoptiþkom prikazu
Prozor sa SCADA signalima i
alarmima i RSS kanalima za vesti.
Sinoptiþki prikaz mreže u AutoCAD-u sa
prikazanim tekuüim i stalnim granicama i
aktivnim simbolima koje kontroliše IPS SDU.
Informativni prozor sa prikazom podataka o
elementima iznad kojih se nalazi kursor miša.
Slika 7 Komandna tabla prilagođena informativnom centru
koriste za obaveštavanje potrošača o
planiranim isključenjima. Za tu svrhu
koriste se relativno jednostavne
XSLT transformacije koje prevode
XML u HTML oblik. Izveštaji koji se
generišu za štampu ili u PDF formatu
takođe su deo osnovne arhitekture.
Šabloni za izveštaje se vezuju za
XML izvorne podatke iz IPS SDU-a
i transformišu u odgovarajuće
formate.
Sličan mehanizam transformacija
se koristi i kod štampe dispečerskih
dnevnika gde se od IPS SDU
dokumenata, koji opisuju događaje
i preduzete mere, transformacijama
dobija tekst pogodan za štampu u
dispečerskom dnevniku.
Transformacije su jednostavan
i fleksibilan mehanizam obrade
podataka koje se mogu koristiti za
izradu interfejsa između aplikacija,
konvertovanje podataka u čitljiviji
format, izradu zvaničnih dokumenata
i HTML strana.
5 Rezultati integracije
Slika 8 Prenos podataka iz jednog sistema u drugi uz pomoć transformacija
Komandna tabla informativnog
centra olakšava kontakt sa
potrošačima grupisanjem adresa po
pravcima napajanja i kreiranjem
spiskova pogođenih adresa.
Pored komandne table isti servisi se
[040]
5.1 Prednosti izabranog pristupa
Harmonizacija i sinhronizacija
šifarnika - Za svaki objekat
(dokument), IPS SDU sadrži
registar šifara iz drugih podsistema
kako bi korisnicima omogućio
pristup podacima bez dodatnog
pretraživanja.
Sinergija tehnologija - Prezentacija
podataka sa različitih sistema zahteva
izbor interfejsa u skladu sa izvorom
podataka i načinom prezentacije.
Na mestima gde je bitna grafička
prezentacija, podacima se pristupa
kroz matičnu aplikaciju (GIS,
AutoCAD) koji pozivaju originalni
interfejs (TIS, IPS SDU, HTML
strane, i sl.).
Komandna tabla – Svi podaci
i funkcije na jednom mestu
uz maksimalno iskorišćavanje
postojećih servisa i aplikacija.
Hronologija događaja - Integracija
svih podataka i servisa omogućava
uvid u hronologiju događaja na mreži
tako što obuhvata SCADA signale,
izdata i primljena dokumenta kao i
akcije koje su korisnici vršili kroz
sistem.
Brža komunikacija - Obrada ispada
i kvarova na srednjem i visokom
naponskom nivou je znatno
olakšana i ubrzana zahvaljujući
trenutnoj razmeni informacija o
događajima na mreži i preduzetim
merama. IPS SDU preko magistrale
poruka distribuira informacije
energija
svim pretplaćenim korisnicima, pa
tako informativni centar može da
obaveštava potrošače o trenutnim
radovima na otklanjanju kvara.
Integrisani standardi - Ceo model IPS
SDU kao osnovu ima CIM model,
ali je zadržao sve veze sa modelima
prethodnih sistema koji su se koristili
u EDB. Kako je standardni model
pisan na engleskom jeziku tako
je morala da se organizuje i baza
podataka IPS SDU. Ali meta-model
osim engleskog jezika paralelno
sadrži i srpske nazive i opise. Time
se olakšava razvoj i održavanje
sistema kao i integracija sa drugim
sistemima koji koriste kompatibilne
modele (CIM, UBL, DMS).
5.2 Rizici i prepreke izabranog
pristupa
MDE arhitektura uvodi veliki
overhead prilikom prenosa podataka
kako na protok tako i na procesorsko
opterećenje. Uz podatke je potrebno
slati informacije o njihovom
značenju, opisu i interfejsu što
zahteva dodatnu obradu.
Mešavina tehnologija i proizvođača
- Integracija postojećih komponenata
i programa može biti opravdano
inicijalno manjim troškovima i
potencijalno kraćim vremenom
implementacije. Ali dugoročno
postoji opasnost od zavisnosti prema
određenom proizvođaču i tehnologiji
uz izrazito veće troškove licenciranja
pojedinačnih komponenti ili
programa koji su integrisani u
korisničkim okruženjima. Neki od
primera za to su magistrala poruka
sa specifičnim modelom poruka i
dokumenata, integracija u aplikacije
gde se izrađeni interfejs teško
prilagođava drugim proizvođačima
kao što su Microsoft Office,
AutoCAD i .NET.
Kompromitovana bezbednost
i integritet podataka Automatizacijom aplikativnim
slojeva stvara se mogućnost lakog
kreiranja velikog broja servisa i
funkcija gde se osim poteškoća
za održavanje stvaraju i problemi
snalaženja korisnika u velikoj
količini podataka. Korisnici koji nisu
obučeni ili nisu zainteresovani za
nove funkcije potencijalna su pretnja
integritetu i bezbednosti sistema.
Malo zastupljena arhitektura - MDE
arhitektura se retko koristi zbog
svojih specifičnosti, nedovoljno
razvijenih alata, nedostatka
stručnjaka i povećanog rizika za
uspešnu primenu projekata.
6 Zaključak
IPS SDU je počeo kao pomoćni
servis sa malim brojem funkcija
i korisnika pa je bilo moguće
primeniti nove tehnologije brzog
razvoja informacionih sistema bez
opasnosti od ugrožavanja redovnog
rada direkcije upravljanja. Kako je
rastao broj korisnika i obim podataka
sa kojima IPS SDU radi, tako se
razvojni tim sve više oslanjao na
automatizovani razvoj sistema. I
pored problema koje nova arhitektura
postavlja pred razvojni tim, IPS SDU
se uspešno razvijao i postao složen
višeslojni informacioni sistem koga
koriste desetine službi.
Odluka da se podaci odmah
prilagode standardima za
interaplikativnu komunikaciju, a
posebno CIM modelu iz standarda
IEC 61970 uštedela je ogromno
vreme koje bi bilo utrošeno na
usklađivanje sa potrebama sve
većeg broja korisnika. Pored toga
što je model, od samog početka, bio
dovoljno fleksibilan da prihvati sve
nove podatke, omogućio je i laku
integraciju sa drugim aplikacijama.
Integracija sistema je opšti trend
koji obezbeđuje produženje radnog
veka pojedinih sistema koji kroz
integraciju dobijaju nove funkcije
i nastavljaju da rade u novom
okruženju. Integracija omogućava
i korisnicima da biraju radno
okruženje i aplikacije sa kojima žele
da rade.
Trendovi migracije korisnika na
internet (cloud computing) i sve veće
upotrebe pametnih mobilnih uređaja
postaviće nove zahteve na IT sektor.
Arhitektura i metodologija razvoja
informacionih sistema opisana u
ovom radu prati te trendove tako što
uvodi nove prezentacione slojeve.
Poslovni procesi neprekidno se
unapređuju i menjaju, a korisnici
očekuju od informacionih sistema
da im pomognu u tim promenama.
Samo sistemi koji su dovoljno
fleksibilni, otvoreni i skalabilni mogu
da odgovore na te zahteve u kratkom
vremenskom periodu.
7 Literatura
[1] „IEC 61970 Energy management
system application program
interface (EMS-API) - Part 301:
Common Information Model
(CIM) Base”, IEC, Edition 1.0,
November 2003
[041]
[2] „IEC 61968 Application
integration at electric utilities System interfaces for distribution
management - Part 11: Common
Information Model (CIM)”, IEC
Draft
[3] „IEC 61850-5 Communication
networks and systems
in substations - Part 5:
Communication requirements for
functions and device models“,
IEC, Edition 1.0, August 2003
energija
Zoran Nikolić, Institut Goša, Beograd
Dušan Nikolić, Hydro Tasmania Consulting, Hobart, Australija
Vladimir M. Šiljkut, Elektrodistribucija Beograd, Beograd
UDC: 621.311.1 : 271 (495)
Ostrvsko napajanje
manastira Hilandara
korišćenjem dizel agregata i
fotonaponskih panela
1. Uvod
Sveta Gora Atonska (Agion
Oros) jedno je od najsvetijih i
najpoštovanijih mesta pravoslavlja,
a nalazi se u Grčkoj, na poluostrvu
Atos na Halkidiku, oko 120 km
istočno od Soluna i oko 500 km
zapadno od Konstantinopolja
(Carigrada), grada danas poznatog
kao Istanbul. Okružena je Egejskim
morem i naseljena isključivo
pravoslavnim monasima. Poluostrvo
je dugačko oko 50 km i široko
između 5 i 9 km , sa površinom
od 321 km2 i uglavnom je obraslo
šumom.
Na Svetu Goru se dolazi isključivo
brodom. Putovanje između manastira
se normalno obavlja peške. Na
Svetoj Gori postoji samo nekoliko
puteva i oni nisu asfaltirani. U
letnjim mesecima saobraća jedan
autobus između Dafne, glavne
luke, i Kareje koja je upravni i
administrativni centar Svete Gore.
Tokom vekova su različiti osvajači
i pljačkaši napadali manastire na
Svetoj Gori. Porušili su mnoge stare
zgrade i odneli mnoga kulturna
dobra, ikone, freske i stare rukopise.
Međutim, čak i danas Sveta Gora
ima puno blaga i neprocenjivih
kulturnih vrednosti zaštićenih u
manastirima, skitovima i kelijama.
Zbog toga se može reći da Sveta
Gora ima značajno mesto u istoriji
Pravoslavne crkve.
Na Svetoj Gori se nalazi 20
manastira, 12 skitova i mnoštvo
kelija i pustinjskih isposnica. Prvih
pet velikih manastira su Velika
Lavra, Vatoped, Iviron, Hilandar
i Dionisijat. Od dvadeset danas
postojećih manastira, tri ne pripadaju
Sažetak
U ovom radu je opisano postojeće rešenje ostrvskog napajanja električnom
energijom manastira Hilandara korišćenjem dizel agregata i predlog
budućeg rešenja po kojem bi se koristilo polje solarnih fotonaponskih panela.
Postojeće rešenje napajanja manastira koji se nalazi na Svetoj Gori u
Grčkoj, izvedeno je krajem prošlog veka, i čine ga: tri dizel agregata snage
55, 65 i 135 kVA, akumulatorske baterije ukupnog napona 360V, kapaciteta
250 Ah i trofazni invertor snage 65kVA. Jedan dizel agregat je preko dana
napajao manastir i dopunjavao akumulatore koji su preko noći napajali
manastir bešumno. Potrebe manastira narasle usled povećanja broja i vrsta
električnih potrošača, kao i sa povećanim brojem hodočasnika, uslovile su
osmišljavanje novog rešenja napajanja manastira električnom energijom.
U ovom radu se razmatra predlog novog rešenja sa fotonaponskim izvorom
snage 40 kW i optimalnim radom dizel električnih agregata, u cilju
minimalne potrošnje dizel goriva.
Ključne reči: Manastir Hilandar, dizel električno napajanje, fotonaponsko
napajanje, ostrvsko napajanje, hibridno napajanje
Abstract
Existing solution of island power supply of monastery Chilandar using diesel
aggregates, and suggestion for improvement with field of solar photovoltaics
is presented in this paper. Existing technology of power supply of monastery,
located on Holly Mount in Greece, was carried out at the end of last century.
It consists of three diesel aggregates with power of 55, 65 and 135 kVA,
battery rated voltage 360 V and total capacity of 250 Ah, and three phase
inverter rated power 65 kVA. Only one diesel aggregate, during the day,
have supplied monastery and refilled battery which supply monastery quietly,
over night. Enlarged energy demand caused by larger number and types of
consumers and increasing number of pilgrims, made condition for creating
new solution of power supply of monastery. The proposal of new solution
with photovoltaics rated power 40 kW and optimized operation of diesel
aggregates in order to minimize consumption of diesel fuel is considered in
this paper.
Key words: Monastery Chilandar, diesel electric supply, photovoltaic, island
supply, hybrid supply.
Grcima. Sveti Pantelejmon je ruski,
Zograf je bugarski a Hilandar
srpski [1]. Na Svetoj Gori, manastir
Hilandar poseduje verovatno najveći
deo srpske zemlje van matice, od
oko 80 km2. Pored toga, u Kareji
[042]
poseduje još i oko 7 km2 svetogorske
teritorije.
Duhovni vođa Svete Gore je
Vaseljenski Patrijarh u Carigradu
(Istanbulu), a sama Sveta Gora
je deo Grčke državne teritorije
energija
Slika 1 Položaj manastira na Svetoj Gori
koja ima autonomiju i sopstvenu
Ustavnu povelju. Po njoj, unutrašnju
samoupravu Svete Gore čini
Skupština sastavljena od dvadeset
monaha, po jednog iz svakog
manastira koji imaju tu dužnost pet
godina i manastirska Vlada, koju
čini četiri od njih. Predsedavajući
Vlade Svete Gore je Prot koji se kao
i ostala tri člana vlade bira na godinu
dana, od predstavnika pet velikih
manastira.
Uređenje Svete Gore zasniva se
i danas na najstarijem zakonu
(“Cimiskijev tipik”) koga je
doneo krajem 10. veka car Jovan
Cimiskije. Ovaj zakon, poznat
kao “Tragos”(jarac) jer je pisan na
pergamentu od jareće kože, i danas
se nalazi u Karejskoj arhivi [2]. Na
Svetoj Gori, monasi i danas kao i
nekada život provode u molitvama,
meditaciji i radu. Mada je zabranjen
pristup ženama na Svetu Goru,
poznati su primeri iz bliže i dalje
prošlosti o skrivenim posetama, što
je zvanična Crkva uvek anatemisala.
Manastir Hilandar predstavlja
duhovno, kulturno i umetničko
središte srpskog naroda na Svetoj
Gori kome duhovni i materijalni
priliv iz matice poslednjih godina
daju posebno obeležje. Vekovima
je Hilandar bio svetionik u kome
je tinjala srpska nacionalna misao
i iz daljine osvetljavala porobljenu
maticu. Pored toga, Hilandar je i
riznica srpske istorije, državnosti,
književnosti i umetničkog blaga.
Danas je to veliki graditeljski i
umetnički spomenik sazdan kao divan
primer vizantijske i srpske duhovnosti,
arhitekture i umetnosti [3].
2. Postojeće napajanje
manastira električnom
energijom
Autonomnu proizvodnju električne
energije u manastiru Hilandar prate
i određeni uslovi koje nameću
specifičnosti koje vladaju na Svetoj
Gori. One definišu i projektne uslove
[4]:
1. od izvora električne energije se
zahteva da ne stvaraju buku ni
vibracije tako da ne utiču na red
i mir monaha koji se posvećuju
duhovnom uzdizanju
2. izvor električne energije ne bi
trebalo da zagađuje okolinu
gorivom kao ni raznim sastojcima
kao produktima sagorevanja
3. potrebno je da sistem autonomno
radi, da je pouzdan i da je
održavanje svedeno na najmanju
moguću meru
4. potrošnja goriva treba da je
minimalna
5. pored svega toga, treba da je
investiciono i eksploataciono jeftin
Napred nabrojani tehnički zahtevi
uslovili su da se u Hilandaru razvije
električni sistem sa dizel električnim
agregatima koji tokom dana napaja
manastir i dopunjuje akumulatorske
baterije, a koje potom, bez prekida
u napajanju mreže, tokom noći,
bešumno napajaju potrošače.
Stara dizel agregatska stanica
podignuta je krajem šezdesetih
godina, oko 150m ispred manastira.
Na istom mestu, podignuta je
1997. godine nova, u kojoj se
nalaze tri dizel-električna agregata
i akumulatorska baterija sa UPSom [5]. Šema električne instalacije
[043]
prikazana je na slici 2. Najveći dizel
agregat je od engleskog proizvođača
Wilson, nominalne snage 135 kVA.
Drugi dizel agregat je italijanskog
proizvođača Meccalte i ima
nominalnu snagu 60 kVA, a treći,
najmanji, je proizvodnje Uljanik
i ima nominalnu izlaznu snagu
55 kVA. Akumulatorske baterije
su proizvodnje Sonnenschein,
nominalnog napona 360 V i
petočasovnog kapaciteta 250
Ah. Ove baterije, preko invertora
proizvođača Sicon, nazivne snage
60 kVA, napajaju električnu mrežu
standardnim naponom.
Dizel agregat se stavlja u pogon u 7
h ujutro, kada prima svo opterećenje
[6]. Pri ovome uređaj UPS
automatski prelazi iz invertorskog
u ispravljački režim, dopunjujući
akumulatorske baterije. U 21.30 h se
zaustavlja dizel agregat i prelazi se
na akumulatorsko napajanje. Ovaj
proces se takođe obavlja automatski.
Dizel agregati nisu predviđeni za
paralelan pogon jer se za to za sada
ne javljaju opterećenja. Da bi se
dobila mreža sa stabilnim izlaznim
karakteristikama, sva električna
energija iz dizel agregata prolazi
preko UPS, a zatim se dostavlja
električnoj mreži.
Osnovni uređaj koji obezbeđuje
samostalnost rada cele dizel
agregatske stanice je UPS. U
njemu su objedinjena dva uređaja;
ispravljač za dopunjavanje
akumulatorskih baterija i invertor
za pretvaranje jednosmernog u
naizmeničan napon. Pored toga, ovaj
uređaj određuje vreme uključenja i
rad dizel generatora.
Proces dopunjavanja akumulatorskih
baterija obavlja se po IU
karakteristici pri čemu postoji strujno
ograničenje od 25 A, a promenljivo
naponsko u funkciji temperature
ambijenta iznosi 410V pri 200C.
Mada postoji mogućnost bržeg
pražnjenja, podešeno je pražnjenje sa
manjom strujom da se ne bi stvaralo
veliko jutarnje opterećenje dizel
agregata.
Proces noćnog pražnjenja
akumulatorskih baterija vezan
je sa zaštitom ovog sistema od
prevelikog pražnjenja. Da ne bi došlo
do prevelikog pražnjenja izvršena
je podela potrošača na prioritetne
(esencijalne) i opšte. Prioritetni
potrošači su uglavnom osvetljenja po
kelijama i zajedničkim prostorijama,
koji imaju mogućnost neprekidnog
napajanja, a opšti su svi ostali koji se
napajaju isključivo iz dizel agregata.
energija
koristi se za punjenje
akumulatorskih baterija,
a što se preko noći vraća
potrošačima u iznosu
oko 62 kWh (ukupan
stepen korisnosti iznosi
oko 0,78). Ovolika
električna energija
može se stvoriti samo
iz dizel električnih
generatora. Da bi se
preko noći očuvao mir
monaha, obezbeđeno je
napajanje iz kvalitetnih,
olovnih akumulatorskih
baterija bez održavanja.
Normalno, u ovom
periodu se napajaju
samo prioritetni
potrošači, uglavnom
osvetlenje po hodnicima
i kelijama monaha.
Posle velikog požara
2004. godine [8],
najveći dizel agregat
prebačen je da napaja
radne mašine na obnovi manastira,
a mesto njega nabavljen je agregat
snage 100 kVA koji je radio oko
11.000 časova do danas. Agregat
snage 65 kVA se upalio sredinom
septembra 2010. godine, do kada je
imao oko 20.000 radnih sati. I dalje
se nalazi u pogonu brodski agregat
IMR-Uljanik, koji je do sada radio
preko 23.000 radnih sati.
Slika 2 Jednopolna energetska shema povezivanja tri
dizel električna agregata snage 55 kVA, 60 kVA
i 135 kVA i sistema za neprekidno napajanje u
dizel agregatskoj stanici
3. Energetski bilans
Dnevni dijagram opterećenja dizel
agregatske stanice snimljen je
juna 1998. godine [7]. Snimanje
je započeto sa uključivanjem dizel
agregata u 07.00 h, kada opterećenje
električnog izvora znatno raste. U
prvom redu to je UPS koji prelazi
iz ispravljačkog u invertorski režim
rada, a zatim i razni uređaji koji se
sami uključuju kao što su: bojleri,
kompresori, neke mašine itd. UPS
opterećuje dizel agregat snagom oko
12 kW, tokom nekoliko sati. Posle
toga se ovo opterećenje smanjuje, da
bi već oko 17 h palo na veoma malu
vrednost.
Dnevna potrošnja električne energije
manastira Hilandar u letnjem periodu
iznosi oko 210 kWh. Od ove energije
oko 130 kWh troši se na razne
dnevne potrošače. Oko 80 kWh
4. Mane postojećeg sistema
i projektni uslovi za
novo rešenje napajanja
manastira
Opisano tehničko rešenje se od 1997.
godine nalazi u pogonu i napajalo
je manastir kvalitetnom električnom
energijom [9]. Tokom ovog perioda
eksploatacije, uočeni su i neki
nedostaci rešenja.
Slika 3 Dnevni i noćni dijagram opterećenja dizel agregatske stanice sa ukupnom
električnom energijom oko 210 kWh
1. U jutarnjim časovima stavlja se
u pogon jači dizel agregat koji
napaja akumulatorske baterije
maksimalnom snagom, a zatim
i ostale potrošače kada i počinju
dnevne jutarnje aktivnosti gostiju.
Posle par sati opterećenje se
znatno smanjuje tako da je dizel
generator slabo opterećen.
2. Problem je posebno izražen u
popodnevnim časovima kada se
opterećenje još više smanji, mada
se u pogon tada stavlja agregat
manje snage.
3. Dešavalo se i da ponekad agregat
ispadne iz pogona usled velikih
udarnih opterećenja koje invertor
nije mogao da podnese.
4. U zimskom periodu, kada noću
akumulatorske baterije nisu
mogle da pokriju povećanu
potrošnju manastira, dolazilo
je do automatskog uključivanja
dizel agregata radi neprekidnog
napajanja manastira.
5. Uočava se da dizel agregati
rade uglavnom podopterećeni
sa povećanom specifičnom
potrošnjom nafte po proizvedenom
kWh električne energije. Tada je
emisija izduvnih gasova povećana.
6. Invertor ne poseduje dovoljno
snage da bi obezbedio rano
jutarnje preopterećivanje i
„pokrio“ ispadanje dizel agregata
iz pogona.
Interesantno je napomenuti da je
Uprava manastira nabavila invertor
znatno veće snage od postojećeg,
od 100 kVA. Postoji namera da se uz
povoljne uslove iz Evropske unije
nabave fotonaponski paneli kojima
bi se manastir napajao ekološki
prihvatljivo, a štedilo bi se i dizel
gorivo. Oslobođen poreza, svaki
manastir ima mogućnost da i danas
nabavlja određenu godišnju količinu
dizel goriva po ceni od oko 0,6 evra/
litri mada je u Grčkoj državi cena
oko 1,2 evra/litri.
5. Predloženo rešenje
Radi napajanja manastira potrebno je
osmisliti novo rešenje. Ono bi, pored
poštovanja postojećih specifičnosti u
proizvodnji električne energije, kao
što su;
1. cena ukupne investicije
2. minimalni eksploatacioni troškovi
3. pouzdanost sistema
4. najmanji negativan uticaj na
životnu sredinu, uzelo u obzir i
sledeće kriterijume:
5. nov sistem treba da obezbedi
[044]
energija
Slika 4 Šema predloženog rešenja hibridnog napajanja manastir
kvalitetno napajanje manastira
dok se ne završi njegova
rekonstrukcija, a potom i kasnije
6. povećana potrošnja u
novoizgrađenim objektima
7. predvideti mogućnost napajanja
manastira preko fotonaponskih
panela, kada se nabave, a radi
maksimalne uštede dizel goriva
Predlaže se da se nabave dizel
agregati snage, na primer 40 kVA
(32 kW), 55 kVA (44 kW) i 80 kVA
(64 kW), invertor snage oko 100
kVA i akumulatorske baterije za
uskladištenje energije od 200 kWh.
Osnov svega treba da bude pametan
sistem upravljanja proizvodnjom
energije. Nominalna snaga
fotonaponskog napajanja treba da
iznosi oko 40 kW.
Šema predloženog rešenja prikazana
je na slici 4. U normalnom radnom
režimu manastir se napaja preko
UPS i akumulatorskih baterija. U
ranim jutarnjim časovima stavlja se
u pogon srednji dizel agregat koji
stalnom snagom od 33 kW dopunjuje
akumulatorske baterije sve dok tu
ulogu ne preuzmu solarni paneli.
Tokom celog dana oni napajaju
akumulatore i potrošače. U večernjim
časovima, najmanji i kapslovan dizel
agregat, dopunjuju akumulatorske
baterije do 100% napunjenosti, koje
se tokom noći prazne napajajući
manastir električnom energijom.
6. Objašnjenje rešenja
Do požara iz 2004. je dnevna
potreba za električnom energijom u
manastiru iznosila oko 210 kWh leti
(snimljeni i nekoliko puta objavljeni
podaci u stručnim časopisima [10]).
Možemo pretpostaviti da će u
periodu posle obnove manastira, a
usled povećanja objekata i potrošača,
dnevna potrošnja električne energije
iznositi oko 360 kWh . To praktično
znači da bi manastir mogao da bude
napajan generatorom koji konstantno
daje snagu od 15 kWh, kad ne bi bilo
udarnih opterećenja. Neravnomerna
potrošnja tokom dana, a posebno
direktno uključenje snažnih
potrošača uslovljavaju korišćenje
dizel generatora većih snaga, na
primer 40 kWA (32kW), 55 kWA
(44kW), i 80 kVA (64kW). Ovi dizel
agregati rade u režimu stalne snage
sa oko 75% nazivnog opterećenja
tako da bi praktično imali izlazne
snage 24kW, 33kW i 48kW.
Fotonaponski paneli snage 40 kW
bi tokom letnjeg perioda mogli da
daju do 250 kWh električne energije
maksimalno, a zimi bi prosečno
davali od 30 do 50 kWh električne
energije, pri čemu se može dogoditi
i da više dana sistem ne bude u
funkciji.
Invertor snage iznad 100 kVA
(80kW) bi obezbedio nesmetano
dopunjavanje akumulatorskih
baterija kao i startovanje velikih
potrošača bez problema.
Osnov celog sistema, pametan sistem
upravljanja proizvodnjom energije,
treba da obezbedi nekoliko uslova:
1. Ujutro bi se stavljao u pogon
jedan od tri generatora koji bi
napajao potrošače preko invertora
stabilnim i kvalitetnim naponom
i dopunjavao akumulatorske
baterije.
2. Kada proradi solarna elektrana,
isključuje se dizel agregat a solari
napajaju potrošače i dopunjuju
akumulatorske baterije.
3. Noću akumulatorske baterije
bešumno napajaju manastir.
4. u slučaju nestanka uskladištene
energije u baterijama, uključuje se
najmanji dizel agregat koji treba
da je zvučno izolovan. Čim dopuni
[045]
akumulatorske baterije isključuje
se. Znači, ovaj, kao i ostali dizel
agregati rade u režimu konstantne
snage!
Ovo tehničko rešenje obezbeđuje:
1. bešumno napajanje manastira noću
iz akumulatorskih baterija,
2. optimalnim korišćenjem
fotonaponskih panela maksimalno
se štede naftini derivati,
3. dizel agregati rade u
generatorskom režimu i na taj
način je obezbeđena minimalna
specifična potrošnja goriva po
proizvedenom kW električne
energije, a agregati pri tome imaju
najveći vek trajanja.
7. Dijagram opterećenja
agregatske stanice
U normalnom radnom režimu
manastir se napaja preko UPS i
akumulatorskih baterija. U ranim
jutarnjim časovima stavlja se u
pogon srednji dizel agregat koji
stalnom snagom od 33 kW dopunjuje
akumulatorske baterije sve dok tu
ulogu ne preuzmu solarni paneli.
Tokom celog dana oni napajaju
akumulatore i potrošače. U večernjim
časovima, najmanji i kapslovan dizel
agregat, dopunjuje akumulatorske
baterije do 100% napunjenosti koje
se tokom noći prazne, napajajući
manastir električnom energijom.
Tipičan dijagram specifične potrošnje
dizel motora prikazan na slici 6
[11,12], prikazuje da je optimalan
Slika 5 Dnevni dijagram potrošnje
manastira i učešća pojedinih
agregata u proizvodnji
energija
Slika 6 Tipična specifična potrošnja
dizel motora gr / kWh u funkciji
iznosa maksimalne trajne snage
MCR (Maximum continuous
rating - MCR) [11]
rad motora u generatorskom režimu,
znači pri stalnoj brzini obrtanja od
−1
1.500 min , u opsegu od 65 do 90
% nominalne ili naznačene snage.
Snage iznad ovog opsega se ne
preporučuju jer se motor nalazi na
granici preopterećenja i počinje da
slabije sagoreva, pojavljuje se crn
dim. Mala opterećenja takođe nisu
dobra za rad motora jer znatno raste
specifična potrošnja goriva, motor
slabije sagoreva i smanjuje mu se
vek trajanja.
Kada dizel motor direktno pokreće
alternator, potrebno je uzeti u obzir i
stepen iskorišćenja ove mašine koja
za snage od 30 do 100 kVA (24 - 80
kW, pošto je tipski faktor snage 0,8),
iznosi ispod 90 % .
U svakom slučaju, dizel električni
agregat ima najbolje radne
karakteristike kada je opterećen u
opsegu oko 75 % nominalne snage,
jer mu je tada specifična potrošnja
goriva minimalna, a sagorevanje
najbolje, tako da u izduvnim
gasovima postoji najmanji sadržaj
štetnih čestica.
8. Električni potencijal
fotonaponskog izvora
Da bi se sagledao potencijal
sunčevog zračenja, vršena
su dugogodišnja merenja
solarnog osvetljaja u sklopu
merenja temperature i relativne
vlažnosti. Prikazani su samo neki
karakteristični dijagrami tokom
višegodišnjeg merenja ovih
parametara [13,14].
8.1. Merenje sunčevog
potencijala u letnjem periodu
Obavljena merenja u periodu od 21.
maja 2005. godine do 8. septembra
2005. godine [15], pokazala su da
se srednja dnevna temperatura od
21. maja do sredine juna menjala u
opsegu 20 do 220C sa Slika 7 Dijagram osvetljaja od 2005.05.20. do 2005.09.08.
dnevnim promenama
od nekoliko stepena
više u podne i nekoliko
stepena manje ujutro.
Od sredine juna,
temperatura raste
na srednju vrednost
od 260C početkom
jula i tokom celog
leta zadržava
se ova vrednost
srednje temperature.
Maksimalna
temperatura javlja se
pocetkom avgusta. Od Slika 8 Dijagram osvetljaja od 2006.10.01. do 2007.01.19.
septembra temperatura
počinje da opada.
Relativna vlažnost
vazduha je krajem
maja imala srednju
vrednost oko 70% da
bi sredinom juna pala
na oko 55% što se
zadrzalo tokom celog
leta. Krajem avgusta i
početkom septembra
srednja vrednost
relativne vlažnosti
vazduha se smanjila
za oko 10%. Mada su
ovo samo srednje vrednosti relativne perioda. Do 8. oktobra je relativna
vlažnosti, potrebno je napomenuti i
vlaznost u hodniku ispred Riznice
da su dnevne promene iznosile oko
imala prosečnu srednju vrednost oko
20%.
85% sa jutarnjim maksimumima i
U letnjem periodu su dani dugački,
preko 95%. Od 8. do 20. oktobra je
sunce je visoko, tako da je osvetljaj
relativna vlažnosti imala relativno
bio maksimalan u ovom periodu.
nisku vrednost od oko 45%. Ovakav
Maksimalni osvetljaj u ovom periodu ciklus se ponovio i krajem oktobra i
bio je stalan i iznosio je oko 330
početkom novembra. Od novembra
lumena/kvadratnoj stopi (3.550 lx).
nastupa period sa jako visokom
Poslednjih 20 dana posmatranog
relativnom vlažnošću koja se često
perioda maksimalni osvetljaj iznosio približava vrednosti od oko 100%.
je oko 250 lumena/kvadratnoj stopi
Od sredine decembra do 19. januara
(2,900 lx).
postoji nešto manja relativna
8.2. Merenje sunčevog potencijala vlažnost, a ima dana kada padne i na
40%.
u zimskom periodu
U jesenjem i zimskom periodu su
Merenje temperature, relativne
dani kratki, ima dosta kiše i vlage
vlažnosti i osvetljenja obavljeno je
u vazduhu, magle a i jakog vetra.
od 1. oktobra 2006. do 19. januara
Sunce se danima ne pojavljuje,
2007. godine [15]. Srednja dnevna
tako da je osvetljaj bio minimalan u
temperatura je imala trend stalnog
ovom periodu. Do sredine novembra
pada do 4. novembra kada je imala
uglavnom ima sunca, mada se i tada
minimalnu vrednost od samo
javljaju dani bez sunca, ali od sredine
10C. Posle toga je nastupio topliji
novembra do kraja posmatranog
period tako da je tokom novembra
perioda, znači 18. januara, sunce
i do 20. decembra srednja dnevna
0
se retko pojavljuje u manastirskom
temperatura bila oko 10 C, da bi
dvorištu. Samo je 14. oktobra
krajem 2006. godine opet pala
postojao jedan dan sa osvetljajem od
na vrednost oko 0,50C i od tada
118 lumena/kvadratnoj stopi (1.270
nastavila da raste do 80C krajem
lx) što predstavlja maksimum u
tog perioda. Poznato je da relativna
posmatranom periodu. Od polovine
vlažnost tokom jesenjeg i zimskog
perioda ima visoku vrednost, što se
novembra do sredine januara
pokazalo i tokom ovog posmatranog osvetljaj je bio jako skroman.
[046]
energija
9. Osobine i prednosti
predloženog sistema
Potrošnja dizel goriva u prethodnom
periodu u manastiru Hilandaru,
iznosila je od 80 do 100 litara dizel
goriva dnevno. Manja vrednost je
leti a veća zimi. Lako je izračunati
da specifična potrošnja dizel goriva
iznosi oko 0,38 l / kWh električne
energije ako se proizvede 210 kWh
električne energije.
Minimalna specifična potrošnja dizel
motora pri 70 do 85% maksimalne
trajne snage MCR iznosi oko
190 gr / kWh , a pošto za naftu
specifična težina dizel goriva iznosi
0,832 kgr / l , to se može izraziti i
kao 0,23 l / kWh. Ovo je potrošnja u
odnosu na proizvedenu energiju na
osovini koja okreće generator. Pošto
generator ima stepen iskorišćenja
0,92 specifična potrošnja energije
povećava se na 0,25 l / kWh u
odnosu na proizvedenu električnu
energiju na krajevima generatora.
Odmah se može primetiti da dizel
agregati rade u režimu sa povećanom
specifičnom potrošnjom dizel goriva.
Ako se pretpostavi da će dnevna
potrošnja električna energija
iznositi oko 250 kWh, to bi godišnja
potrošnja energije iznosila oko
91.200 kWh. Ako se pretpostavi da
godišnja insolacija iznosi oko 1.440
časova i ako postoji solarni paneli
snage 30 kWh, godišnje bi se dobila
električna enegija iz ovog sistema
od oko 43.200 kWh. Preostalih
48.000 kWh potrebno je dobiti iz
dizel agregata. Uzimajući u obzir
specifičnu potrošnju energije dizel
goriva od 0,25 l / kWh moguće je
odrediti godišnju potrošnju dizel
goriva od oko 12.000 l za potrebe
stvaranja električne energije.
Na drugoj strani, ako bi radili
samo dizel agregati sa prosečnom
specifičnom potrošnjom od 0,38 23
l / kWh, da bi proizveli 91.200 23
kWh, potrebno je da se potroši oko
34.650 l dizel goriva.
Godišnja ušteda iznosi oko 22.650 l
dizel goriva.
Ovakvo rešenje podrazumeva i da
se akumulatorske baterije pune i
prazne tokom celog dana. Zato se
predlaže kupovina akumulatorskih
baterija duplo većeg kapaciteta
od postojećeg ili barem 500 Ah.
Akumulatorske baterije bi se praznile
samo do 50% a tada bi se uključivao
sistem za dopunjavanje. Znači tokom
jutra bi fotonaponski paneli odmah
dopunjavali akumulatorske baterije i
priključene potrošače, a dizel motor
male snage bi se stavljao u pogon tek
kada se predveče isprazne baterije
na vrednost od 50 nominalnog
kapaciteta. U skladu sa katalogom
proizvodjača akumulatorskih
baterija, one bi mogle da podnesu
oko 3.400 ciklusa punjenja i
pražnjenja [16]. Ako se pretpostavi
da će tokom dana postojati dva
ciklusa, godišnje bi bilo oko 700 i
predviđeni vek trajanja akumulatora
iznosio bi oko 4 godine i 10 meseci.
10. Zaključak
Predloženo i objašnjeno rešenje
električno povezanih izvora za
proizvodnju električne energije u
manastiru Hilandaru je optimalno,
jer bi se na taj način u ovom trenutku
obezbedilo sledeće:
1. bešumno napajanje manastira noću
iz akumulatorskih baterija;
2. korišćenjem solarnih panela
direktno se štede naftini derivati;
3. koristi se optimalno pretvaranje
solarne energije u električnu;
4. dizel agregati rade u
generatorskom režimu. Na taj
način je minimalna specifična
potrošnja goriva po proizvedenom
kW električne energije, a agregati
imaju najveći vek trajanja;
5. sistem može u potpunosti
da napaja manastir tokom
rekonstrukcije kao i posle perioda
obnove;
6. smatramo da bi se na ovaj način
postigla najbolja energetska
efikasnost izvora električne
energije manastira Hilandara
Predloženi zaključci se u velikoj
meri saglasni sa sličnim realizovanim
i ispitanim rešenjima u svetu [17,18].
11. Zahvalnost
Autori zahvaljuju Ministarstvu za
nauku i tehnološki razvoj Republike
Srbije za finansijsku podršku u
okviru projekta evidencioni broj
TR34028.
12. Literatura
[1] Subotić G., Manastir Hilandar,
Srpska akademija nauka i
umetnosti, Beograd, 1998.
[2] Panajotis H., Sveta Gora
Atonska: istorija, život, blaga,
Vladeta Janković, Beograd, 2009
[3] Petković S., Hilandar, Beograd,
1999, str.50–62.
[4] Nikolić Z., Škrnjug S., Živković
Ž., Autonoman sistem napajanja
električnom energijom manastira
[047]
Hilandar, Flogiston, broj 8,
Beograd (1998), 137 – 157.
[5] Nikolić Z. Branković M.,
Alternativni izvori električne
energije u Manastiru Hilandar,
Zbornik radova sa skupa
”Alternativni izvori energije i
budućnost njihove primjene u
Jugoslaviji”, Podgorica, CANU
vol.50, Odjeljenje prirodnih
nauka vol.6, (1998), 223-228.
[6] Nikolić Z. Petrović Z.,
Razvoj elektroenergetskog
sistema u manastiru Hilandar,
Elektroprivreda, br. 4, Beograd,
(1998), 75-82
[7] Nikolić Z., Vasiljević J., Škrnjug
S., Šiljkut V., Elektrifikacija
manastira Hilandar i doprinos
“Elektrodistribucije - Beograd”,
Elektrodistribucija, 28, Beograd,
(2000), 2, 147-160.
[8] Kovačević M., Požar u manastiru
Hilandaru i njegove posledice,
Peta kazivanja o Svetoj Gori,
Prosveta, Beograd, 2006, str.7-34.
[9] Nikolić Z., Elektrifikacija
Hilandara i njegovih poseda,
Četvrta kazivanja o Svetoj Gori,
Prosveta, Beograd, (2005), 430
– 464.
[10] Nikolić Z.,Pucar M., Dakić P.,
Obnovljivi izvori energije na
Svetoj Gori, Zbornik radova
sa skupa ”Alternativni izvori
energije i budućnost njihove
primjene”, Podgorica, CANU
vol. 77, Odjeljenje prirodnih
nauka vol.10, (2006), 109 - 116.
[11] Marintek Neste generasjon
innenriksferjer – optimalt
fremdriftssystem, Marintek
report MT23 A01-008,
790455.70.01, (2001)
[12] Caterpillar, Engine performance,
2526B Marine propulsion,
(1997).
[13] Rajaković N,, Nikolić
D., Nikolić Z., Merenje
fotonaponskog napajanja u
periodu zimske kratkodnevnice,
Zbornik radova sa skupa
”Alternativni izvori energije i
budućnost njihove primjene u
zemlji”, CANU vol.84, knjiga
11, (2008), 114 – 121.
[14] Nikolić Z., Nikolić
D.,Mogućnost napajanja
izolovanih potrošača u Srbiji
sa fotonaponskim panelima,
Energija, ekologija, ekonomija,
Broj 1 -2, Godina XI, (2009),
293 – 295.
[15] Nikolić Z., Neki problemi
energija
primene novih tehnika u zaštiti
kulturne baštine na primeru
manastira Hilandar, Poglavlje
u monografiji Metodološki
i tehnički aspekti primene
novih tehnika u zaštiti kulturne
baštine, S. Polic-Radovanovic,
S. Ristic, B. Jegdic, Z. Nikolic,
Institut GOŠA i Centralni
institut za konzervaciju,
Beograd, (2010), 230 – 297.
[16] Sonnenschein, Handbook for
Gel-VRLA-Batteries, Part 2:
Installation, Commissioning and
Operation, Rev. 5, (2003), 31.
[17] Felix A. Farret, M. Godoy
Simo˜ es, Integration of
alternative sources of energy,
Published by John Wiley &
Sons, (2006).
[18] Kamaruzzaman S., Mohd Y. O.,
Performance of a Photovoltaic
Diesel Hybrid System In
Malaysia, ISESCO Science and
Technology Vision - Volume 1,
(2005), 37-39.
Slobodan Damnjanović, inž.el., Nenad Stevanović, dipl.inž.el.
DP „Kolubara Površinski kopovi“ Baroševac
UDC: 621.316.932.004.64
Prelazne pojave kod
eksperimentalnih kvarova
Sažetak
U radu će biti prikazani snimci prelaznih pojava napravljeni prilikom
eksperimentalnih kvarova u srednjenaponskoj napojnoj mreži industrijskog
tipa. Kvarovi koji su veštački pravljeni po karakteru su zemni spojevi, a po
načinu izvođenja su bili direktan (tzv „metalni“) spoj faznog provodnika sa
masom ali i preko električnog luka. Vršena snimanja su trofazna a odnose se
na uspostavljanje i prekidanje kvara.
Ključne reči: zemljospoj – električni luk – izolovana mreža.
Transient in experimental failures
The paper will be presented recordings made during the transitional
phenomena of experimental failures in the medium voltage mains network of
the industrial type. Failures that are artificially made by the character of the
ground fault, and the manner of performance were direct (so-called “metal”)
combination of the phase conductor to ground and through the electrical arc.
Performed by recording the three-phase and relating to establishment and
ending failure.
Key words: earth fault – overvoltage - networks
Uvod
Cilj ovog rada jeste predstavljanje
rezultata i zapažanja do kojih se
došlo u eksperimentu iz oblasti
elektrotehnike, za koju slobodno
možemo reći da je veoma složena
i možda ne potpuno istražena, bez
obzira na dugogodišnji rad na ovoj
problematici. Reč je o električnom
luku i eksperiment se odnosi
na uspostavljanje zemljospoja
preko električnog luka, kao i na
njegovo prekidanje odnosno tzv.
razvlačenje. Ispitivanje je rađeno
u srednjenaponskoj napojnoj
mreži sa izolovanim zvezdištem
tj. neutralnom tačkom, iz koje se
električnom energijom napajaju
potrošači na velikim rudarskim
objektima površinskog kopa.
Prilikom pojave zemljospoja (spoja
jednog faznog voda sa uzemljenjem)
javljaju se kapacitivne struje koje
[048]
se zatvaraju preko zdravih faza i
mesta kvara. Na slici 1 prikazana
je idealna mreža sa izolovanom
neutralnom tačkom pri spoju jedne
faze sa zemljom. Kapacitivne struje
zemljospoja nisu visokih vrednosti
te može doći do samogašenja
električnog luka koji je propratna
pojava zemljospoja. Smatra se da
će do samogašenja luka doći ako je
kapacitivna struja zemljospoja manja
od 30A za 6kV-tnu mrežu (odnosno
15A za 20kV i 10A za 35kV-tnu
naponsku mrežu). Međutim, oko
ovoga postoji podeljeno mišljenje
među stručnjacima i odnosi se na
mišljenje da je konfiguracija mreže
najznačajnija po pitanju samogašenja
luka. Ali je važeća zakonska
regulativa decidna i dozvoljava
pogon sa izolovanom neutralnom
tačkom ako je struja zemljospoja
manja od gore navedenih vrednosti.
energija
Slika 1 Idealna trofazna mreža sa
izolovanom neutralnom tačkom,
pri spoju faze A sa masom
(zemljom)
l – dužina voda u km
Za brzo izračunavanje struje
zemljospoja u svakodnevnoj praksi
koriste se i sledeće formule, koje
daju zadovoljavajuću tačnost:
za vazdušni vod (2)
za kablovski vod (3)
Toplota koja se razvija pri pojavi
električnog luka može biti dovoljna
da dođe do topljenja provodnika koji
je u kvaru obzirom da je temperatura
u zoni luka veoma visoka i može
biti od 2000°S do 6000°S. U tom
slučaju, elektromagnetne sile na
mestu uspostavljenog električnog
luka raspršuju istopljene delove
provodnika što oštećuje izolaciju
provodnika zdravih faza ali i stvara
„provodni put“ u već jonizovanoj
oblasti i vrlo lako, gotovo sigurno,
može doći do prerastanja kvara u
kratki spoj.
U slučaju samogašenja dolazi do
pojave intermitencije i nastanka
prenapona, usled brzog prekidanja
i uspostavljanja strujnih kola.
Ovaj prenapon u obliku talasa sa
strmim čelom ulazi u postrojenje,
izaziva preskoke i dodatno napreže
izolacioni sistem opreme što može
dovesti i do proboja, ali i stvaranja
potencijalnih mesta budućih kvarova.
Treba reći da pri samogašenju
električnog luka, mesta kvara nisu
izložena velikim oštećenjima i
lako ih je sanirati. Ali su često ta
oštećenja unutar samih kablova i tada
ih je teško locirati bez dodatne merne
opreme što zahteva angažovanje
specijalizovanih ekipa, produžetak
vremena beznaponskog stanja i
vremena zastoja u tehnološkom
procesu.
Vrednost struje zemljospoja,
naravno, zavisi od vrste napojne
mreže ( da li je ona kablovska ili
vazdušna) obzirom da je funkcija
dozemnog kapaciteta voda a koji
se značajno razlikuju. Ova struja se
računa prema formuli (1)
(1)
gde je
Uf - vrednost faznog napona
ω= 2πf kružna učestanost
c – podužna kapacitivnost u F/km
Gde je
Ul – linijski (međufazni) napon
izražen u kV
l – dužina voda u km
U tom slučaju struja Iz se dobija u
amperima.
Kasnije u radu biće nešto malo
reči i o analitičkom sagledavanju
ove tematike u cilju poređenja sa
eksperimentalnim rezultatima a
sada bi bilo zanimljivo nešto reći o
samom luku.
postrojenja, možemo klasifikovati na:
• redni ili serijski
• paralelan ili otočni
Ova podela električnog luka, prema
mestu nastanka, grafički je prikazana
na Slici 2 , na primeru napajanja
jednog trofaznog prijemnika.
Funkcionisanje prekidača i
kontaktera zasnovano je na
osobinama električnog luka. Što
bolje poznavanje zakonitosti i
osobina luka, omogućava da se
odgovarajućim konstrukcijama
njegovo štetno dejstvo ograniči i
donekle, u izvesnoj meri, izbegne.
Možemo reći da u okviru prekidača,
kontaktera, rastavljača i tzv.rastavnih
sklopki dolazi do pojaverednog ili
serijskog tipa luka. Dok se, paralelni
ili otočni električni luk javlja između
faznog i neutralnog voda ili mase.
U tom slučaju kažemo da je došlo
do zemljospoja. Međutim ova
vrsta luka se može javiti i između
faznih vodova, odnosno delova
postrojenja koji se nalaze na faznom
potencijalu i u tom slučaju kažemo
da je došlo do pojave kratkog spoja.
Kvarovi nastali pojavom otočnog ili
paralelnog luka, mogu se efikasno
sprečiti pre nego što posledice
postanu znatno teže i obimnije. To
se postiže upotrebm odgovarajućih
zaštitnih uređaja-releja i njihovim
pravilnim funkcionisanjem.
Razmotrimo na ovom mestu
ponašanje mreže tokom zemljospoja
jedne faze (na primer faze A) preko
električnog luka. Pre nastanka
kvara u simetričnoj trofaznoj mreži
za fazne napone važile su sledeće
zavisnosti:
Električni luk-nastajanje i podela
Postoji više načina nastajanja luka.
Jedan od njih je usled proboja
izolacije na oslabljenom mestu ili
zbog mehaničkog oštećenja, ili
lošeg rukovanja tj. savijanja pod
nedozvoljenim prečnikom ili vučenja
u teškim rudarskim uslovima ili same
„greške“ u izolacionom materijalu.
U drugom načinu nastajanja luka
usled prisustva vlage i nečistoće na
površini izolacije (npr. krajeva kabla
ili potpornih izolatora) omogućava
stvaranje provodne staze i tzv.
„curenje“ struje po površini izolacije.
Na ovaj način izolacija se dodatno
zagreva usled tog površinskog
curenja struje, dolazi do ugljenisanja
provodne staze čime se smanjuje
(4)
otpor izolacije, usled čega se ta struja
povećava što u kritičnom momentu
dovodi do pojave luka.
(5)
Pojava električnog luka može
biti ciklična, jer istopljeni delovi
provodnika koji su ga formirali,
(6)
obzirom da se rasprše, povećavaju
električni otpor kontakta i dolazi
do smanjenja
Slika 2 Šematski prikaz podele električnog luka prema mestu
jačine struje ali
nastanka
ipak „curenje“
po površini
se nastavlja i
ako ne dođe
do isključenja
električnog kola.
Električni luk,
prema mestu
nastanka u okviru
strujnog kola
energetskog
[049]
energija
Neka je do kvara došlo u trenutku
t = -0, a pretpostavimo da je to
momenat kada je napon faze A imao
maksimalnu vrednost
(φ = π / 2), tada se imaju sledeće
vrednosti faznih napona: ufA (–0) =
Um,ufB(–0) = ufC (–0) – 0.5 · Um.
U prvoj poluperiodi nakon kvara
ili u intervalu od ω · t= 0 do ω · t=
π struja zemljospoja se menja po
veoma složenoj funkciji, koja nije
u potpunosti matematički opisana.
Ali možemo reći da njena vrednost
osciluje po složenoj zakonitosti
oko sinusoide čija je zavisnost data
formulom 7 (ovo ptvrđuje snimak
zemljospoja na slici 4):
(7)
Pri prolasku struje kroz nulu, dolazi
do gašenja luka, a u momentu
ω · t = 3π/2 napon faze A dostiže
maksimum i dolazi ponovo do
uspostavljanja luka.
Merni postupak
Pre svega, ovde moram reći da svaki
eksperiment u pogonu od koga se
zahteva dvadesetčetvoro časovna
potpuna spremnost, prati određeni
rizik. Međutim ovaj eksperiment
nosi veliku dozu opasnosti, te je
izveden sa posebnom obazivošću i uz
primenu svih mera zaštite uključujući
i lična sredstva zažtite (kao što su
izolacione čizme i rukavice).
Vodeći računa o poznatoj stvari da
se na mestu pojave električnog luka
stvara velika količina jonizovanih
gasova koji na svom putu, brzog
rasprostiranja, mogu naići na drugo
električno kolo i izazvati neželjene i
nekontrolisane kvarove, eksperiment
je rađen izvan ćelije. Trofazni
energetski kabal za teške rudarske
uslove (EpN78) sa zaštitnim vodom
priključen je na jedan slobodan
izvod u okviru trafo stanice 35/6kV.
Krajevi tog kabla povezani su na
rastavljač sa koga je jedna faza bila
posebno izvedena na kontaknu tačku
izolovanu od mase naravno. Samo
galvansko spajanje i razvlačenje
električnog luka vršeno je preko
izolacione motke na čijem vrhu je
izveden uzemljeni provodnik. Ovakav
komplet u normalnim uslovima služi
za obezbeđenje mesta rada.
Snimanje prelaznih pojava tokom
eksperimenta vršeno je trofazno,
Slika 3 Talasni oblici faznih napona, napona neutralne tačke i struje električnog
luka
Slika 4 Snimak vremenskih promena faznih napona, napona na otvorenom
truglu,struje zemljospoja(njene trenutne i efektivne vrednosti) u toku
„direktnog“ zemljospoja faze A
[050]
korišćenjem mrežnog analizatora
visokih performansi i velike brzine
semplovanja sa mogućnošću
snimanja tranzijentnih pojava.
Detaljnija analiza na PC racunaru
rađena je uz pomoć „snažnog“
softverskog alata specijalizovanog
za ovaj mrežni analizator. Vršeno
je snimanje talasnih oblika faznih
napona i struja, kao i napon
otvorenog trougla. Naponski kanali
ovog uređaja su priključeni na
odgovarajuće sekundarne krajeve
naponskih transformatora, dok su
struje snimane u sekundarnom kolu
strujnih mernih transformatora
priključenjem strujnih mernih klješta
(adekvatnih za ovu namenu snimanja
brzih pojava) bez prekida strujnog
kola.
Rezultati merenja
Da bi eksperiment bilo moguće
izvesti bilo je neophodno eliminisati
delovanje usmerene zemljospojne
zaštite, ali pre toga smo želeli da
proverimo njenu funkcionalnost u
zatečenom stanju pa je prvo urađen
eksperiment pri direktnom spoju
faze sa masom. Snimljeni talasni
oblici faznih napona, napona na
otvorenom truglu,struje zemljospoja
(njene trenutne i efektivne vrednosti)
u toku „direktnog“ spoja faze A sa
masom prikazani su na slici 4. Sa tog
snimka može se uočiti da je napon
na otvorenom trouglu ispod 100V
(oko 90V u nekom stacionarnom
stanju) a da je efektivna vrednost
struje zemljospoja tada oko 20A.
Obzirom da spoj faze sa masom nije
fiksiran već da se radi o kontaktu
preko dodira, može se videti da je
talasni oblik trenutne vrednosti struje
zemljospoja naročito izobličen u
momentima pojave električnog luka,
dok u ostalim trenutcima ona osciluje
oko pravilne sinusoidalne ovojnice.
Linijski naponi za vreme trajanja
kvara (zemljospoja) zadržavaju
potpunu simetriju, što se može videti
na slici 5.
Prema Petersenovoj hipotezi,
luk se uspostavlja pri dostizanju
maksimalne vrednosti napona a
gasi se pri prolasku struje kroz
nulu. Praktičnu potvrdu ove
hipoteze možemo videti na snimku
prikazanom na sledećoj slici 6.
Slika predstavlja snimak napona
faze koja preko luka dolazi u spoj
sa masom i struje zemljospoja, u
ovom slučaju to je struja koja teče
kroz luk. Na ovom snimku jasno se
uočava da do uspostavljanja luka
dolazi u momentu kada napon faze,
energija
Slika 5 Vektorski dijagram linijskih napona
pre kvara (levo) i za vreme kvara
(desno)sa izraženim uglovima faznih
stavova i efektivnim vrednostima
svoj maksimum a da do gašenja
dolazi kada struja postane nula.
Ovde se takođe može videti
da intermitentni luk izaziva
složene prelazne procese sa
nesinusoidalnim talasnim
oblicima. Na slici 7 prikazani
su harmonijski sastavi faznog
napona i struje za vreme pojave
intermitentnog električnog luka.
Ukupno harmonijsko izobličenje
napona faze A za vreme ovog
procesa iznosi 116.88% prvog
harmonika faznog napona
(THDUA=116.88% UA1), dok je
Slika 6 Snimak faznog napona i struje zemljospoja prilikom uspostavljanja
i gašenja električnog luka
Slika 7 Harmonijski sastav napona napona i struje faze koja je u zemljospoju za
vreme intermitentnog električnog luka
Slika 8 Talasni oblik faznih napona i struje zemljospoja u momentu razvlačenja
električnog luka neposredno pre potpunog prekidanja
na kojoj dolazi do spoja sa masom (u
ovom slučaju to je faza A), dostiže
harmonijski spektar „bogat“ i parnim
i neparnim harmonicima što se na
[051]
slici 6 jasno uočava. Dominantni
su harmonici napona 13.,9. i 3.-ćeg
reda, a njihov udeo u ukupnom
harmonijskom izobličenju je sledeći
HDUA13 = 41.51% UA1, HDUA9 =
39.15% UA1 i HDUA3 = 38.32% UA1.
Ukupno harmoniijsko izobličenje
struje iznosi 150,05% osnovnog
harmonika fazne struje
(THDIA=150.05%IA1), dok je uticaj
dominantih harmonika sledeći
HDIA13 = 60.97%IA1, HDIA22 =
42.23% IA1 i HDIA14 = 41.63% IA1.
Analizom snimaka potvrđena je još
jedna teorijska tvrdnja, da prenaponi
mogu iznositi i do dvostruke fazne
vrednosti. Ovaj snimak je dobijen
u momentu razvlačenja električnog
luka i njegovog prekidanja. Iz
talasnog oblika faznih napona,
prikazanih na slici 8 može se uočiti
da su prenaponi veći u fazi C
(2.009 r.j) nego li u fazi B (1.63
r.j.), što je dobijeno i u teorijskom
razmatranju električnog luka, a može
se primetiti i na talasnim krivama
na slici 3. I ovde se može uočiti
da do paljenja luka dolazi kada je
napon te faze u maksimumu a da su
trenutne vrednosti struje zemljospoja
ogromne (920.5A) a brzina skoka
veoma velika
Talasni oblici faznih napona
prikazani na slici 9 snimljeni
su tokom jednog zemljospoja
napravljenog direktnim priključkom
faze na masu i ovde je prikazana
da bi se uočila razlika u odnosu
na zemljospoj pravljen preko
električnog luka. Na ovoj slici
se može uočiti da naponi faza na
kojima nije došlo do kvara, dolaze na
vrednost linijskog napona.
Zanimljivo je pogledati snimak
promene efektivne vrednosti napona
na otvorenom trouglu u slučaju
„metalnog“ zemljospoja i u slučaju
kod razvlačenja zemljospojnog luka
Zaključak obavljenih
eksperimenata
Eksperiment sa električnim
lukom izveden je u okvir jedne
srednjenaponske 6kV-tne mreže iz
koje se napajaju potrošači od kojih
se zahteva stalni pogon i veoma
je važno da nije došlo neželjenih
kvarova na opremi, koja nije bila
predmet ovog istraživanja.
Obzirom na naponski nivo i na
visinu struje zemljospoja , koja je u
stacionarnom stanju iznosila oko 20A
efektivno, nije se mogao očekivati
električni luk većeg obima , ali su
korisna iskustva i rezultati stečeni
energija
Slika 9 Talasni oblik faznih napona pri zemljospoju izvedenom čvsrtom vezom faze
A sa masom (maksimalni prenapon je bio u fazi B i iznosio je 2,108 r.j. dok
za fazu C on iznosi 1,707 r.j)
[3] Električne instalacije – čest
uzrok požara - Prof. dr Miomir
Kostić, Mr Nedžad Hadžiefendić,
dipl. inž. el. - Univerzitet u
Beogradu Elektrotehnički fakultet
- Laboratorija za ispitivanje
niskonaponskih električnih
i gromobranskih zaštitnih
instalacija
[4] Analiza pojava u mreži 6 kV pri
razvlačenju električnog luka Dragan Ristivojević, dipl.el.inž,
Zoran Milosavljević,el.tehn. Univerzitet u Beogradu
[5] Power Guide-User manualDrantez BMI Inc USA
[6] Dran View 6.0-Power quality
browser- User manual-Drantez
BMI Inc USA
Slika 10 Promene efektivne vrednosti napona na otvorenom trouglu u slučaju „metalnog“ zemljospoja (levo) i u slučaju kod
razvlačenja zemljospojnog luka (desno)
Slika11 Fotografije razvoja električnog luka i njegovih posledica
ovom prilikom. Bilo bi zanimljivo
eksperiment ponoviti u nekoj drugoj
mreži sa većom strujom zemljospoja
kao i u 35 kV-tnojmreži.
Na kraju možda kao najefektniji
vizuelni zaključak mogu poslužiti
tri slajda na slici 11 . Slajdovi
redom prikazujujedan momenat u
trajanju električnog luka, drugi slajd
nam prikazuje raspršivanje čestica
istopljenog provodnika, koji je
jednim delom iz tečne i gasovite faze
prešao u fazu nepotpuno jonizovane
plazme. Treći slajd nam na kraju
prikazuje efekat koji je ostao nakon
prolaska luka, otopljen kontaktni šraf
i tzv. „provodni film“ na izolaciji
provodnika koji omogućava curenje
struje po povšini provodnika.
Literatura
[1] Zemljospojevi u mrežama 6 i
35kV - M.Fjodorov
[2] Pravilnik o tehničkim
normativima za pogon i
održavanje energetskih
postrojenja i vodova – Sl.list SRJ
broj 41/93, Beograd, 1993
[052]
energija
Borislav P. Brnjada, Elektroprivreda Crne Gore, Elektrodistribucija Bar
Prof dr Milutin M. Ostojić, Elektrotehnički fakultet, Podgorica
UDC: 621.311.245 : 621.313.33.001.573/.004
Dinamički rad statorskim
fluksom vođene asinhrone
mašine sa namotanim
rotorom
1. Uvod
Za konverziju energije vjetra u
električnu energiju posebno je
pogodna asinhrona mašina, koja
je dugo vremena korištena skoro
isključivo kao motor. Prednosti
ove mašine su što, u kombinaciji sa
pretvaračima frekvencije, mogu da
koriste promjenljivu brzinu vjetra
i drugih pogonskih medijuma. Za
generatorski rad posebno su pogodne
asinhrone mašine sa namotanim
rotorom (WRIG), koje omogućavaju
da se preko statora isporučuje
konstantna snaga u mrežu, dok se
preko rotora i rotorskih pretvarača
frekvencije ili uzima nedostajuća ili
isporučuje višak snage u mrežu. Pri
tome je moguće postići rad kojim
se preko rotora vrši razmjena ±30%
snage isporučene preko statora.
Time se značajno smanjuje gabarit
pretvaračkih uređaja za povezivanje
rotora sa mrežom što u približno istoj
srazmjeri smanjuje cijenu tih uređaja.
Ovu prednost nema asinhroni
generator sa kratkospojenim rotorom,
kod koga se cjelokupna snaga
prenosi u mrežu preko pretvarača
frekvencije, što mu vrlo značajno
povećava fizičke gabarite i cijenu.
Ovdje će se razviti model statorskim
fluksom orijentisane asinhrone
mašine sa namotanim rotorom,
takođe poznate kao asinhrona
mašina sa dvostrukim napajanjem,
i kroz simulaciju na razvijenom
modelu dobiti njene karakteristike u
motorskom i generatorskom režimu
rada.
Sažetak
U ovom radu razvijen je dinamički model statorskim fluksom vođenog
asinhronog motora/generatora sa namotanim rotorom. Stator takve mašine
je direktno vezan za mrežu, dok je rotor vezan za mrežu posredstvom
pretvarača frekvencije. Ovako vezana mašina preko statora vrši razmjenu
konstantne snage sa mrežom na koju je povezana, dok preko rotora uzima
nedostajuću ili daje višak energije u mrežu. Statorskim fluksom orjentisano
upravljanje omogućava efikasno praćenje promjena snage primarnog
pokretača i time konverziju energije sa najmanje gubitaka. Matlab-Simulink
model vektorske kontrole ove mašine omogućava dobijanje dinamičkih
karakteristika i upoznavanje rada kroz simulaciju.
Ključne riječi: namotani rotor, asinhrona mašina, statorskim fluksom
orijentacija, vektorsko upravljanje.
DYNAMIC OPERATION OF THE STATOR FLUX ORIENTED,
WOUND ROTOR ASYNCHRONOUS MACHINE
In this paper dynamic model of stator flux oriented, wound rotor
asynchronous motor/generator is developed.Stator winding of such machine
is directly connected to thr grid, while rotor winding is connected to the grid
using frequency converter. Such connected machine through stator winding
interchange constant power with grid, while though the rotor is taken the
missing or given the excess energy to the network. Stator flux oriented control
enables effective track of the primary drivers of change in power and thereby
convert energy with minimum losses. Matlab Simulink model of vector
control of this machine allows us to obtain dynamic characteristics and
exploring of the operation through simulation.
Key words: wound rotor, asynchronous machine, stator flux orientation,
vector control.
linearnosti magnetskog kola i idealne
sinusoidalne raspodjele namota
statora i rotora, prema [1] , [2] i [3]
su:
(2)
(3)
(1)
2. Matematički model
asinhrone mašine sa
namotanim rotorom
Naponske jednačine asinhrone
mašine izvedene uz pretpostavke
(4)
(2)
[053]
energija
Jednačina elektromagnetskog
momenta i mehanička jednačina su:
konstante, jednaki su nuli. Ako za
statičke veličine dodamo indeks 0,
prema (13) i (14), dobijamo:
(2), poslije sređivanja dobijamo:
(5)
(13)
(18)
(6)
gdje su: vds, vqs, vdr i vqr direktna
i poprečna komponenta napona
napajanja statora i rotora, ids, iqs, idr
i iqr direktna i poprečna komponenta
struje statora i rotora, Ψds, Ψqs, Ψdr i
Ψqr direktna i poprečna komponenta
fluksa statora i rotora, Lm , Ls , Lr
međusobna, statorska i rotorska
induktivnost.
Dobijeni sistem nelinearnih
diferencijalnih jednačina je petog
reda i na osnovu njih se modeluje
asinhrona mašina.
3. Jednačine statorskim
fluksom vođene
asinhrone mašine
Veza statora asinhrone mašine sa
mrežom ostvarena je direktno a
veza rotora posredstvom pretvarača
frekvencije. Zato u jednačini (1)
stavljamo vds=0 i vqs=U, gdje je U
vršna vrednost napona mreže za koju
je mašina direktno vezana. Ta mreža
je ”beskonačno jaka” pa je ugaona
frekvencija mreže ωe konstantna, i
fluks mašine, apstrahujući impedansu
statora, praktično konstantan. Ovdje
izvedene jednačine pretpostavljaju
linearnost magnetskog kola mašine
i idealno sinusoidalnu raspodjelu
namota statora i rotora. Kada takvu
mašinu posmatramo u dq sinhronom
referentnom sistemu, i kada
direktnu komponentu fluksa statora
poklopimo po pravcu i smjeru sa
direktnom osom referentnog sistema,
dobijamo:
Ψds = Ψd = konst
(7)
Ψqs = 0
(8)
Zamjenom (7), (8) u (3) dobijamo:
(9)
(10)
Zamjenom (7), (8) u (1), uz
zanemarenje otpora statora Rs=0,
dobijamo:
(11)
(12)
Zamjenom (9), (10), (11), (12) u (4) i
(19)
(14)
Ako kao stacionarne veličine
usvojimo referentne vrednosti
komponenti struje rotora po direktnoj
idr0 i poprečnoj osi iqro i referentnu
brzinu rotora ωr0, tada, prema (16) i
(17), struje definišemo relacijama:
Polazeći od relacija za aktivnu i
reaktivnu snagu statora, zamjenom
(9), (10), (11), (12), dobijamo:
(20)
(21)
(15)
(16)
Relacija za elektromagnetski
momenat je:
(17)
dok brzinu ωr0 zadajemo direktno,
u Matlabu-Simulinku primjenom
lock-up tabele, a sinhronu brzinu
ωe držimo konstantnom, gdje je Qs0
referentna reaktivna snaga mašine.
Model stacionarnog rada napojen
referentnim vrednostima struja
rotora daje direktnu i poprečnu
komponentu napona rotorskog
namotaja sto se jasno vidi iz
jednačina (18) i (19).
Dobijeni stacionarni model je u
stvari referentni model, kojeme
konvergira svako vremenski
promjenljivo stanje dinamičkog
modela ako se im se zadaju iste
referentne veličine u ovom slučaju
direktna i poprečna komponenta
struje rotora. Drugim riječima,
svaki vremenski promjenljiv
dinamički sistem će konvergirati
određenom stacionarnom modelu
ukoliko imaju iste referentne
veličine. Zato taj stacionarni model
možemo primijeniti za upravljanje
dinamičkim modelom bilo u sistemu
sa otvorenom petljom ili u sistemu sa
zatvorenom petljom.
Iz relacija (7) do(14) vidi se da sve
veličine statorskim fluksom vođene
asinhrone mašine zavise od direktne
i poprečne komponente struje
rotora. Njihovom regulacijim, kod
vektorskog upravljanja, može se
upravljati radom asinhrone mašine.
Takođe se vidi da aktivna snaga i
elektromagnetski momenat zavise
od poprečne a reaktivna snaga od
direktne komponente.
Treba istaći jaku zavisnost rada
mašine od frekvencije i
napona mreže na koju je
Slika 1 Model stacionarnog rada statorskim fluksom
povezana.
vođenog , dvostrano napajanog asinhronog
4. Modelovanje
stacioniranog
rada statorskim
fluksom
upravljane
asinhrone
mašine
Statički režim rada je
krajnji rezulat prelaznog
procesa mašine. Izvodi
sinusodalnih varijabli
stanja, koje su u dq
referentnom sistemu
[054]
motora/generatora
energija
Slika 2 Modelovanje upravljanja asinhronom mašinom sa namotanim rotorom
u otvorenoj petlji
Slika 3 Model asinhronog motora/generatora sa namotanim rotorom
5. Modelovanje
dinamičkog rada
asinhrone mašine u
otvorenoj petlji
Kada naponima, koje dobijamo
u modelu stacionarnog rada,
napojimo dinamički model, dobija
se dinamički rad asinhrone mašine
u otvorenoj petlji. Na taj način
model stacionarnog rada postaje
upravljački model u sistemu sa
otvorenom petljom. Referentna
vrednost direktne komponente
Slika 4
struje rotora dobijaju se na osnovu
referentne reaktivne snage prema
jednačini (20), a referentna vrednost
poprečne komponente struje rotora
dobija se na osnovu jednačine (21),
imajući u vidu da je vrednost
elektromagnetskog momenta u
stacionarnom režimu jednaka sa
momentom opterećenja. Brzina
rotora u modelu je jednaka je
referentnoj brzini.
Model upravljanja WRIG-om u
otvorenoj petlji prikazan je na slici
2. Upravljački dio čini stacionarni
model na čije ulaze se dovode
referentne vrednosti a na izlazu
se dobijaju naponi po direktnoj
i poprećnoj osi koji se vode na
model WEIG-a Na slici 3. prikazan
je model asinhronog motora sa
namotanim rotorom modelovan
na osnovu nelinearnih jednačina
(1) do (6). Kontrolne varijable su
dq komponente statora i rotora,
ugaona frekvencija mreže i brzina
rotora motora. Model omogućava
da se kao varijable stanja motora
odaberu struje statora i rotora ili
fluksevi statora i rotora ili njihova
kombinacija.
Na slici 4 prikazani su
elektromagnetski momenat (Te
stacionarna i Te0 dinamička
vrednost), brzina (ωr0 stacionarna,
ωr rotorska, ωe sinhrona) i statorska
i rotorska snaga (Ps0 i Ps statorska
stacionarna i dinamička snaga i Pr0
i Pr rotorska stacionarna i dinamička
snaga).
Sa slike 4. je očito da kod velikih
mehaničkih ubrzanja dolazi do
velikih prebačaja elektromagnetskog
momenta, rotorske brzine i statorske
i rotorske snage u odnosu na
odgovarajuće stacionarne vrednosti
što je svakako nepovoljno za rad
mašine.
6. Modelovanje upravljanja
statorskim fluksom vođene
asinhrone mašine u
zatvorenoj petlji
Ako pođemo od jednačina (13) i
(14) i, prema [6] i [7], preuredimo
članove na desnoj strani znaka
jednakosti , dobijamo:
Elektromagnetski momenat, brzina i raspodjela aktivne snage između statora i rotora
[055]
(22)
energija
i q komponente struja rotora, pa se
dobija dijagram na slici 5.
(23) Na osnovu slike 5 dobija se MatlabSimulink model rasprezanja d i q
komponenti struja rotora na slici 6.
Na slikama 5. i 6. jasno se ističe
povratna veza po komponentama
struja rotora . Takođe je primijenjen
pa se može napisati :
PI regulator koji, u sinhronom
referentnom sistemu, obezbjeđuje
(24) da struje rotora dostignu referentne
vrednosti bez unošenja vremenskog
(25) kašnjenja. Na taj način referentne
struje rotora postaju
stacionarne varijable
Slika 5 Rasprezanje direktne i poprečne komponente
stanja vektorski
struje rotora
upravljane asinhrone
mašine sa namotanim
rotorom.
Dakle povratna sprega,
zatvorena petlja, po
strujama rotora može
da obezbijedi da kod
zadate reaktivne snage
imamo brzinu rotora,
elektromagnetski
momenat, aktivnu
snagu rotora i statora
koje precizno prate
zadate referentne
vrednosti, odnosno
stacionarne veličine. U
Slika 6 Rasprezanje komponenti struja rotora
slučaju zatvorene petlje
saglasnost referentnih
i stvarnih veličina
neuporedivo je bolja
nego kod otvorene
petlje.
Na slici 8 dat je model
statorskim fluksom
vođene asinhrone
mašine sa namotanim
rotorom koji se sastoji
od upravljačkog
dijela sa referentnim
vrednostima , i modela
asinhronog motora. U
Slika 7 Model statorskim fluksom vođene, vektorski
upravljačkom dijelu
upravljane, asinhrone mašine
se u slučaju statorskim
fluksom vođenog,
vektorskog upravljanja,
vrši regulacija dvije
izabrane varijable stanja
na zadate referentne
vrednosti. Ovo se
postiže komparacijom
referentne i povratne
vrednosti primjenom PI
regulatora uz dodatnu
kompenzaciju članova
prema formulama
(22) do (25). Tako se
na izlazu regulatora
Na osnovu jednačina (22)
dobijaju komponente napona
napajanja rotora koje uslovljavaju da
do (25) vrši se rasprezanje i
se model asinhrone mašine ponaša
zadavanje referentnih vrednosti d
[056]
onako kako se stvarna mašina
ponaša kada radi u režimu statorskim
fluksom vođenog, vektorski
upravljanog, asinhronog motora sa
namotanim rotorom. U opisanom
režimu rada stator je direktno vezan
za mrežu stabilnog, konstantnog
napona i frekvencije, dok je rotor
vezan posredstvom pretvarača
frekvencije.
Parametri PI regulatora ovdje su
određivani probom na samom
modelu.
7. Varijable stanja i
raspodjela aktivne
snage između statora i
rotora
Kod modelovanja upravljanja
uzatvorenoj petlji prvo ćemo
prikazati kontrolne veličine i
varijable stanja koje potpuno definišu
stanje posmatranog modela. Na slici
8 (a) i (b) prikazani su napon statora
i rotora posmatrane, statorskim
fluksom vožene, asinhrone
mašine. Vidi se da je napon statora
konstantan, dok se napon rotora
mijenja prilagođavajući se snazi koja
se prenosi preko rotora. Na slici 8
(b) dati su naponi rotora u statičkom
(sa indeksom ”0”) i dinamičkom
(bez indeksa ”0”) slučaju. Na slici
8 (c) i (d) date su struje statora i
rotora u ”dq” sinhronom sistemu
pri čemiu se može konstatovati da
se direktna komponenta mijenja u
skladu sa promjenom aktivne snage
dok se reaktivna komponenta mijenja
u skladu sa promjenom reaktivne
snage mašine.
Na slici 9 prikazani su
elektromagnetski moment, brzine,
aktivna i reaktivna snaga. Sa
slike 9 (a) i (b) se vidi da se
elektromagnetski i mehanički
momenat razlikuju samo kada postoji
ubrzanje mašine, dok se poklapaju
kada nema ubrzanja.
Ako uporedimo slike 9 (a), (b), (c)
može se doći do zaključka:
1. Kod motorskog rada (pozitivan
elektromagnetski momenat) preko
rotora se uzima snaga iz mreže
kod nadsinhrone brzine i vraća
snaga u mrežu kod podsinhrone
brzine. Time se snaga koju mašina
uzima iz mreže preko statora
održava konstantnom.
2. Kod generatorskog rada
(negativan elektormagnetski
moment) preko rotora se uzima
snaga iz mreže kod podsinhrone
brzine a vraća snaga u mrežu kod
nadsinhrone brzine. Time se snaga
energija
Slika 8. Naponi i struje statora i rotora ( direktne i poprečne komponente); (sa ”0” su označene stacionarne vrednosti)
Slika 9. (a) Elektromagnetski moment Te i Te0 ; (b) brzine rotora trenutna ωr , stacionarna ωr0 i sinhrona ωe; (c) raspodjela
aktivne snage između statora Ps, Ps0 i rotora Pr, Pr0; (d) reaktivna snaga statora Qs, Qs0 i rotora Qr, Qr0 ; (sa “0” su označene stacionarne vrednosti)
[057]
energija
koju mašina daje mreži održava
konstantnom.
3. Kada mašina rotira sinhronom
brzinom, bilo u motorskom ili
generatorskom radu, snaga koja
se razmjenjuje preko rotora
jednaka je nuli. To znači da se kod
sinhrone brzine rotora kompletna
snaga uzimaiz mreže preko statora
(kod motorskog rada) ili preko
statora plasira u mrežu (kod
generatorskog rada)
4. Kada se na slici 9 (c) uporede
aktivne snage statora i rotora vidi
se da je aktivna snaga koja se
razmjenjuje preko rotora samo
manji dio ukupne snage koja se
razmjenjuje sa mrežom. Kod
asinhrone mašine ona obično
iznosi do 1/3 snage koja se u
mrežu plasira preko statora.
Sa slike 9 (d) može se doći do
zaključka da se reaktivna snaga koju
modelovana mašina uzima uz mreže
održava konstantnom na zadatom
nivou, dok je reaktivna snaga uzeta
preko rotora praktično jednaka nuli.
Neophodno je istači i razlike između
modela sa otvorenom i zatvorenom
petljom. Kako se i može očekivati,
kada uporedimo dijagrame na slici
4 (a), (b), (c) sa dijagramima na slici
9 (a), (b), (c) možemo zaključiti
sledeće:
1. Raspodjela snaga između statora i
rotora je u osnovi vrlo slična.
2. Sistem sa otvorenom petljom ima
velike prebačaje kod ubrzavanja
rotora za sve posmatrane
veličine, dok je to kod sistema sa
zatvorenom petljom višestruko
manje.
3. Praćenje referentnih veličina, tj.
usaglašenost stvarnih i referentnih
veličina je neuporedivo bolja kod
sistema sa zatvorenom petljom.
Osnovni podaci o modelovanoj
trofaznoj asinhronoj mašini su:
Vm=310 (V) (vršna fazna vrednost),
Pn=2200 (W), broj polova
p=4, naznačena brzina nn=154
(rad/s), mrežna frekvencija f=50
(Hz), otpornost statora Rs=3.1
(om), otpornost rotora Rr=2.86
(om), međusobna induktivnost
Lm=0.225832 (H), rasipna
induktivnost statora Lls=0.012801
(H), rasipna induktivnost rotora
Llr=0.013801 (H); sve veličine su
svedene na stator.
8. Zaključak
Modeli statorskim fluksom
upravljane asinhrone mašine sa
namotanim rotorom u stacionarnom
radu, radu sa otvorenom i
zatvorenom petljom daju nam
odgovore na nekoliko pitanja:
1. Definiše preraspodjelu
snaga između statora i rotora u
motorskom i generatorskom radu
pri nadsinhronoj, podsinhronoj i pri
sinhronoj brzini mašine.
2. Pokazuje da se samo dio snage
(oko 1/3) mašine preko rotora
plasira u mrežu.
3. Pokazuje da se zatvorenom
petljom (povratnom spregom)
ograničavaju prebačaji varijabli
stanja posmatranog sistema.
4. Potvrđuju da se kod statorskim
fluksom orjentisane, vektorski
upravljane, asinhrone mašine sa
namotanim rotorom povratnom
spregom po strujama rotora može
ostvariti odlično praćenja zadatih
referentnih veličina.
Modelovanje statorskim fluksom
vođene, vektorski upravljane
asinhrone mašine sa namotanim
rotorom je najbolji izbor kada se
treba proširiti saznanja o motorskom
i generatorskom radu ove mašine
pri nadsinhronoj, podsinhronoj i
sinhronoj brzini rotora.
8. Literatura
[1] Bimal K. Bose: Modern Power
Electronics and AC Drives;
Prentice Hall PTR, 2002
[2] Milutin M. Ostojić: Uvod u opštu
teoriju električnih mašina, II
izdanje, Univerzitet Crne Gore,
Obod, Cetinje, 2001
[3] R. Krishnan, : ELECTRIC
MOTOR DRIVES Modeling,
Analysis, and Control, Prentice
Hall PTR, 2001
[4] Fengchun Sun , Jian Li , Liqing
Sun , Li Zhai , and Fen Cguo:
Modeling and Simulation of
Vector Control AC Motor Used
by Electric Vehicle; Journal of
Asian Electric Vehicles, Volume
3, Number 1, June 2005.
[5] Balduino Rabelo and Wilfried
Hofmann, Doubly-fed Induction
Generator Drives for Wind Power
Plants, Intech, jun 2010.
[6] S. K Salman and Babak
Badrzadeh, New Approach for
modelling Doubly-Fed Induction
Generator (DFIG) for gridconnection studies; School of
Engineering, The Robert Gordon
[058]
University, Schoolhill, Aberdeen,
AB10 1FR, Scotland, U.K.
[7] Marian K. Kazmierkowski,
R. Krishnan, Frede Blaabjerg:
Control in PowerElectronics,
(selected problems), Aalborg
University, Denmark, 2002ar
[8] Burak Ozpineci, Leon M. Tolbert
: Simulink Inplementation of
Induction Machine Model-A
Modular Approach ; IEEE 2003.
[9] Steven T. Karris, : Signals and
Systems with Matlab Computihg
and Simulink Modeling, Third
Edition, Orchard Publications,
2001
[10] Borislav P. Brnjada:
Modelovanje asinhronog
motora/generatora sa
namotanim rotorom u MatlabuSimulinku; mogućnosti
modelovanja rada kod primjene
na konverziju energije; vjetra i
malih vodotokova; CG CIGRE
I savjetovanje, Budva, oktobar
2009.
energija
Mr Jasmina Mandić-Lukić, dipl.ing., ENERGOPROJEKT
Prof. Nenad Simić, Elektrotehnički fakultet, Beograd
UDC: 621.316.1:621.317.38
PLC komunikaciona mreža
kao osnova inteligentnog
elektrodistributivnog sistema
1. Uvod
Pojam Smart grid (u daljem tekstu
inteligentna mreža ) obuhvata
elektroenergetske mreže, u kojima
su, u celinama ili u njihovim
delovima, izvršena određena
unapređenja u cilju poboljšanja
kvaliteta i pouzdanosti isporuke
električne energije, kao i povećanja
energetske efikasnosti sistema. To,
znači da se odnosi na sve segmente
elektroeneregetskih sistema, od
proizvodnje, preko prenosa i
distribucije, do potrošnje električne
energije. Takva unapređenja
podrazumevaju sprovođenje
raznovrsnih aktivnosti iz oblasti
tehnike, ekonomije, regulative, kao i
edukacije kadrova.
Jedan od neophodnih uslova
za evoluciju elektroenergetskih
mreža prema statusu inteligentnih
mreža je stvaranje adekvatne
telekomunikacione infrastrukture.
Ta infrastruktura treba da obuhvati
sve entitete u elektroenergetskim
sistemima, elektrane, mreže i
objekte prenosa i distribucije, kao
i sve potrošačke subjekte. Ona
mora da zadovoljava širok spektar
zahteva u pogledu kapaciteta,
kvaliteta i raspoloživosti, a koji
zavise od pozicije datog entiteta u
elektroenergetskom sistemu.
2. Telekomunikacije u
elektroenergetici
2.1. Aktuelno stanje
U domenima proizvodnje i
prenosa kao i u delu domena
distribucije, definisane su dve
grupe telekomunikacionih servisa:
kritični i opšti. Kritični servisi, koji
Sažetak
U literaturi je sve prisutniji pojam pametne – inteligentne energetske
mreže. Mreža u kojoj postoji sistem nadgledanja i upravljanja svim
transformatorima i električnim brojilima, kao i drugim uređajima na
elektroenergetskoj mreži, naziva se inteligentna mreža. Mogućnost prenosa
izmerenih signala ostvaruje savremeni komunikacioni sistem pristupom do
svakog proizvođača, distributivnog elementa i potrošača u okviru mreže.
U radu je prikazana mogućnost implementacije PLC (Power Line
Communication) tehnologije kao jednog od raspoloživih komunikacionih
medijuma u tu svrhu. Prezentirani su i rezultati merenja na energetskoj mreži
kojom se prenose informatički signali. Na osnovu dobijenih rezultata, data je
ocena kolika je primenljivost tehnologije u našim uslovima.
Abstract
The term of Smart grid becomes very common in technical literature.
Monitoring and control all the transformers and electric meters, as well
as the other equipment involved in energy network, makes the posibility
of smart network. The transmission of measured signals are done with
modern communication system that makes access to every production unit,
distribution element and consumer involved in the energy network.
This paper outlines posibility of implementation of PLC (Power Line
Communication) technology, as the communication medium suitable for
Smart grid. Experimental results in energy network are given. According
results, assessment of PLC technology applicability in Serbian distribution
companies are presented.
podržavaju funkcije daljinskog
upravljanja elektroenergetskim
sistemom, zahtevaju relativno
ograničene transportne kapacitete,
ali postavljaju izuzetno stroge uslove
u pogledu raspoloživosti, koji su
standardno u rasponu od 99,99% do
99,999%. Opšti servisi, koji pretežno
podržavaju poslovne funkcije,
imaju blaže zahteve u pogledu
raspoloživosti, ali su zahtevani
transportni kapaciteti znatno veći,
tipično reda od stotina Mbit/s do više
Gbit/s.
Nastojanja da se u što većoj meri
zadovolje ovi strogi, a istovremeno
[059]
dosta heterogeni zahtevi, dovela
su do specifične koncepcije
izgradnje transportnih mreža u
savremenim telekomunikacionim
sistemima. U takvim mrežama,
koje su struktuirane kao složene, sa
bogatim redundantnim tokovima,
transmisioni putevi se, po pravilu,
realizuju optičkim kablovima.
Takve mreže treba da obuhvataju
sve elektrane, čije su snage iznad
određene vrednosti, sve objekte
mreža prenosa, kao i sve značajne
objekte elektrodistribucija.
Pojam „značajni objekti
elektrodistribucija“ je donekle
energija
neodređen. U daljem tekstu pod
tim pojmom podrazumevaće se sve
transformatorske stanice110/10
kV odnosno 110/20 kV kao i veće
stanice 35/10 kV (odnosno 35/20
kV), posebno one u visoko urbanim
sredinama. Ovaj stav je u saglasnosti
sa organizacionim strukturama
elektroprivrednih sistema u Srbiji
kao i u nekim zemljama u okruženju.
Ostale transformatorske stanice
35/10 kV (odnosno 35/20 kV ) su
uključene u sisteme daljinskog
nadzora i upravljanja sredstvima
veza sa nižim performansama u
pogledu kapaciteta i raspoloživosti.
Objekti u naponskim ravnima 10 kV,
odnosno 20 kV, do sada, po pravilu,
nisu uključivani u daljinski nadzor i
upravljanje.
Treba napomenuti da mreže
optičkih kablova po pravilu
raspolažu kapacitetima koji u
velikoj meri prevazilaze potrebe
elektroenergetskih sistema. To
otvara mogućnost elektroprivrednim
kompanijama da pružaju
telekomunikacione usluge drugim
privrednim i društvenim entitetima
i da kroz to ostvaruju dodatne
pozitivne ekonomske efekte.
2.2 Nove tendencije
Koncepcija inteligentnih mreža
podrazumeva da se funkcije
daljinskog nadzora i upravljanja
prošire do krajnjih granica
elektroenergetskih sistema, dakle
preko distributivnih mreža srednjeg
i niskog napona do potrošačkih
instalacija. Prema tome, ta
koncepcija podrazumeva uvođenje
više novih funkcija kao:
• daljinski nadzor i upravljanje 10kV
mrežom;
• detekcija i lokalizacija kvarova u
mreži 0,4 kV;
• daljinsko očitavanje brojila;
• uvođenje fleksibilnih višetarifnih
sistema;
• kontrola opterećenja mreže.
U pristupu realizaciji ove
koncepcije nailazi se na nove,
vrlo ozbiljne izazove. Na prvom
mestu sagledavaju se kvantitativne
razmere nove mreže. Ako se kao
primer posmatra Elektrodistribucija
Beograd, sagledava se da je
broj objekata u mreži 10 kV
preko šest hiljada dok je broj
pretplatničkih priključaka reda
stotina hiljada. Činjenica da svaki
od navedenih objekata treba da
bude adekvatno uključen u sistem,
ukazuje da je nalaženje tehnički
i ekonomski optimalnih rešenja
telekomunikacionog segmenta,
zadatak od prvorazrednog značaja.
2.3 Analiza sredstava veza
Problem izbora sredstava za
realizaciju telekomunikacionih
segmenata u nižim ravnima
inteligentnih mreža aktuelan je već
više godina i istraživanja su tekla u
više raznih pravaca. U prvim pilotpostrojenjima koristile su se, pored
ostalog, usluge operatora javnih
mreža, fiksnih ( ISDN, ADSL) i
mobilnih (SMS, GPRS). Došlo se
do zaključka da bi takva rešenja,
u uslovima masovne primene, bila
ekonomski neprihvatljiva. Drugi
pristup zasnivao se na stvaranju
sopstvenih mreža, namenski
kreiranih za ove funkcije, gde su se
takođe sagledavale dve koncepcije:
• komunikacione mreže zasnovane
na prenosu signala po energetskim
vodovima, srednjih i niskih napona,
• radio- mreže sa malim transportnim
kapacitetima, koje funkcionišu
u VHF i UHF frekvencijskim
opsezima.
Studijske analize, kao i praktična
iskustva, pokazali su da se ove
koncepcije ne isključuju uzajamno,
nego da se, u najvećem broju
slučajeva, optimalna rešenja mreža
postižu njihovim racionalnim
kombinovanjem.
U urbanim sredinama, gde su uslovi
propagacije elektromagnetskih talasa
često vrlo nepovoljni, funkcionisanje
radio-mreža je otežano ili nemoguće.
Drugi problem je da na teritorijama
većih gradova postoji intenzivan
radio-saobraćaj što uslovljava
teškoće dobijanja slobodnih radiokanala, kao i opasnost od ometanja
veza. Konačno zbog velike prostorne
gustine pretplatnika obim zahtevanog
saobraćaja može da prevazilazi
transportne kapacitete radio-veza. U
takvim okruženjima komunikacije
po energetskim, a naročito
kablovskim, vodovima ispoljavaju
apsolutnu superiornost u smislu
mogućnosti realizacije, pouzdanosti
funkcionisanja, kao i znatno većih
transportnih kapaciteta.
Nasuprot tome, u suburbanim
i ruralnim područjima, gde su
prostorne gustine pretplatnika znatno
manje, a rastojanja između objekata,
kao i između objekata i pretplatnika,
znatno veća, radio-veze se najčešće
nameću kao jedino ekonomski
opravdano rešenje.
[060]
3. Niskonaponske kablovske
mreže i instalacije kao
medijumi širokopojasnog
prenosa signala
3.1 Funkcije prenosa mreža i
instalacija
Predmet višegodišnjih studijskih i
eksperimentalnih istraživanja, čiji
su rezultati prezentirani u daljem
tekstu, je prenos signala sa binarnim
protocima reda desetina Mbit/s po
srednjenaponskim i niskonaponskim
kablovskim mrežama i
instalacijama. Osnovna namena
istraživanja je ocena sposobnosti
tih medija za zadovoljenje funkcija
elektroenergetskog sistema.
Međutim, kako navedeni kapaciteti
značajno prevazilaze zahteve
elektroenergetskih funkcija,
ukazuje se na mogućnosti prenosa
raznih drugih informatičkih i
multimedijalnih signala, što se
u celini uklapa u šire pojmove
inteligentnih zgrada i mreža.
U prvim fazama istraživanja
aktivnosti su bile prvenstveno
usmerene na lokalne mreže za prenos
signala po električnim instalacijama
unutar rezidencijalnih i poslovnih
objekata. Kao ciljevi, definisani su
- analiza i eksperimentalna
verifikacija karakteristika
instalacionih kablova u ulozi
medijuma za prenos signala u
frekvencijskim opsezima do 30
MHz,
- sagledavanje i sistematizacija
tipičnih topologija električnih
instalacija u rezidencijalnim
objektima i analiza uticaja
topologije instalacije na
transmisione karakteristike
u navedenim frekvencijskim
opsezima.
Za ocenu funkcionalnosti
instalacionih kablova kao
telekomunikacionih medijuma
neophodno je da se odrede
njihovi karakteristični parametri u
specificiranom opsegu frekvencija,
konstanta prenosa i karakteristična
impedansa.. U toku su bile tri
paralelne aktivnosti: sopstveni
proračuni, obimna merenja na raznim
tipovima vodova, kao i prikupljanje i
sortiranje odgovarajućih rezultata iz
literature.
Konstatovano je potpuno
zadovoljavajuće slaganje rezultata
proračuna i merenja, kao i podataka
iz korišćene literature. Vrednosti
podužnog slabljenja su u granicama
od 0,4 dB/10 m na frekvenciji 1
energija
Slika 1. Jednopolna šema instalacije u standardnoj stambenoj jedinici
Slika 2 Jednopolna šema razvodne
niskonaponske električne instalacije u stambenoj zgradi
Dalja istraživanja usmerena su
na ispitivanje uticaja topologije
instalacija na komunikacione
funkcije. Analize i eksperimenti su
pokazali da u realnim instalacijama
presudan uticaj na transmisione
karakteristike lokalne komunikacione
mreže imaju upravo njihove
topološke strukture. Nezavisno od
namene, električne instalacije uvek
imaju više ili manje razgranate
strukture sa više tačaka grananja,
pri čemu su dužine ogranaka po
pravilu samerljive sa talasnim
dužinama signala u predmetnom
opsegu frekvencija. Kao primer,
na slici 1 prikazana je jednopolna
šema instalacije u tipičnoj stambenoj
jedinici srednje veličine.
Centralna tačka instalacije je
razvodna tabla gde se sustiče
15 posebnih strujnih kola,
ostvarenih preko 15 troprovodnih
i petoprovodnih kablova. Neki od
tih kablova vode do pojedinačnih
velikih potrošača (bojleri, štednjaci)
dok se drugi, na primer rasvetni,
Slika 3 Šema tipične niskonaponske kablovske mreže
MNz do 2 dB/10 m na frekvenciji
30 MHz. Prosečna vrednost
karakteristične impedanse je 90 oma
sa varijacijama +/- 2 oma [1] , [2]..
dalje granaju do pojedinih rasvetnih
mesta, odnosno kablovi za utičnice,
koje se, po dve ili po tri priključuju
na isto strujno kolo.
[061]
Isti zakljuci formirani su i za
stambenu zgradu kao celinu.
Jednopolna šema jedne tipične
zgrade data je na slici 2. U ovom
slučaju čvorište predstavlja glavni
razvodni orman ( GRO ) dok se
kao terminalne tačke sada vide
razvodne table po stanovima. U
poslovnim objektima topologije
instalacija su donekle različite, ali
izložene konstatacije su u potpunosti
primenljive.
Dalje izlaganje odnosi se na uticaj
topologije instalacija na njihove
performanse u funkciji prenosa
signala. Centralna tačka ovakve
instalacije je razvodna tabla u kojoj
se sustiče veći broj, 15 – 20, pa i više
posebnih strujnih kola, ostvarenih
preko trožilnih ili petožilnih
provodnika. I ovi provodnici se često
dalje granaju do pojedinih potrošača,
svetiljki ili utičnica.
Generalno, pri prenosu između dve
priključne tačke, signal prolazi kroz
veći broj tačaka grananja, a svaka od
njih je diskontinuitet koji degradira
uslove prenosa. Posebno nepovoljan
uticaj ispoljava se u slučajevima
kada su provodnici, koji se usput
odgranavaju, relativno kratki, a
krajevi su im u stanju otvorenog kola
ili kratkog spoja. Na frekvencijama
na kojima je dužina ogranaka bliska
umnošcima četvrtine talasne dužine
signala, ulazna impedansa ogranka
postaje vrlo mala i za prenošeni
signal predstavlja približno kratak
spoj.
Posebno značajno mesto u ovom
razmatranju pripada razvodnoj
tabli, koja je čvorište lokalne
komunikacione mreže. Na
sabirnicama razvodne table sustiče se
veliki broj (i preko 20) provodnika
koji pripadaju posebnim strujnim
kolima. Sa aspekta komunikacione
mreže to je paralelna veza istog
tolikog broja vodova različite prirode
i sa vrlo različitim vrednostima
ulaznih impedansi. Niske vrednosti
impedansi u ovim tačkama, kao i
varijacije u funkciji frekvencije,
uslovljavaju da se upravo te tačke
javljaju kao uzroci dodatnih
slabljenja na vezama između tačaka
instalacije koje su na različitim
strujnim kolima [ 3 ] .
Iz izloženog sledi da u gotovo svim
objektima instalacije imaju strukture
stabla sa dve ili više tačaka grananja.
Ako se, kao primer, posmatra
instalacija u rezidencijalnom objektu,
male do srednje veličine, prepoznaju
se merno - razvodni orman na
početnoj tački instalacije, kao prvi
energija
nivo grananja, i razvodne table u
početnim tačkama instalacije u
stanovima, kao drugi nivo grananja.
U velikim objektima postoje tri
nivoa: kao prvi nivo javlja se
grananje iza kablovske priključne
kutije, odakle se polažu priključni
vodovi na koje se priključuju merno
- razvodni ormani (dva ili više), koji
formiraju drugi nivo, dok razvodne
table obrazuju treći nivo. Sa aspekta
prenosa signala, svaka tačka grananja
unosi znatno slabljenje. Za instalacije
u poslovnim objektima mogu da
se konstatuju gotovo identične
strukture.
U zaključku ovog dela razmatranja
konstatuje se da funkcije prenosa
signala između bilo koje dve
tačke u tipičnim instalacijama,
u frekvencijskom opsegu 1 – 30
MHz, pokazuju složene zavisnosti
od frekvencije, topologije date
instalacije, kao i od prirode i
stanja priključenih potrošača.
Ovaj poslednji faktor može da se
ispoljava posebno nepovoljno, jer
se potrošački uređaji uključuju i
isključuju potpuno nepredvidljivo,
što znači da se funkcije prenosa
signala menjaju tokom vremena u
širokim granicama.
Niskonaponske mreže se pružaju
od sekundarnih izvoda SN/NN
transformatora do kablovskih
priključnih kutija u objektima.
U urbanim sredinama realizuju
se, gotovo uvek, kao podzemne
kablovske mreže..Standardni
niskonaponski vodovi najčešće su
četvoroprovodni, sa provodnicima od
bakra ili aluminijuma. U savremenim
kablovima se, kao izolacioni
materijal koristi polivinil-hlorid ili
vulkanizovani polietilen.Tipična
rastojanja između transformatorskih
stanica i krajnjih korisničkih
priključaka su u granicama između
100 i 500 metara.
U frekvencijskom opsegu 1 – 30
MHz podužno slabljenje tipičnih
niskonaponskih kablovskih vodova
s menja se od vrednosti oko 2
dB/100 m u okolini frekvencije 1
MHz do oko 8 dB/100 m na 30
MHz. U istom frevencijskom opsegu
karakteristična impedansa je u
granicama 25 +/- 3 oma.
Topološke strukture niskonaponskih
mreža imaju karakter stabla sa više
tačaka grananja. Primer moguće
topološke šeme niskonaponske
mreže prikazan je na slici 3 [4].
3.2 Šumovi i smetnje u
niskonaponskim mrežama i
instalacijama
Izvori šumova i smetnji mogu da
se podele na one koji se generišu u
samoj instalaciji i na one koji potiču
od izvora izvan instalacije. Smetnje
koje se generišu u navedenom
opsegu frekvencija, a nastaju u samoj
instalaciji, potiču prvenstveno od
elektronski kontrolisanih izvora
napajanja raznih uređaja (računara,
TV prijemnika, izvora neprekidnog
napajanja i sl.). Ove smetnje
mogu da se tretiraju kao šum koji
je prisutan u celom predmetnom
opsegu, sa značajno većim
intenzitetom na početku opsega,
koji opada do približno 10 MHz, a
dalje zadržava približno konstantnu
vrednost. Nivoi ovog šuma, i to
kako visoka početna vrednost, tako i
konstantna vrednost u gornjem delu
opsega, variraju zavisno od lokacije i
vremena (iznose do 20 dB, pa i više).
Smetnje nastale izvan instalacije
prvenstveno potiču od radiofrekvencijskih interferencija
kratkotalasnih predajnika.
Ove smetnje mogu da imaju
visok intenzitet, ali su pretežno
uskopojasne (reda nekoliko kHz).
Te smetnje mogu da se javljaju
povremeno sa različitim trajanjem,
ali mogu i da budu praktično trajno
prisutne. Iste konstatacije se odnose
i na niskonaponske kablovske mreže
s tim da su intenziteti parazitnih
fenomena niži za oko 10 dB [ 5 ].
3.3 Zaključna konstatacija
Na osnovu izloženog može da
se formuliše generalni zaključak
da su električne instalacije,
kao i niskonaponske kablovske
mreže, sa aspekta prenosa
signala, medijumi sa varijabilnim
karakteristikama, i to kako u
pogledu funkcije prenosa, tako i
u pogledu razlika u intenzitetima
i frekvencijskim pozicijama
stranih smetnji. Dakle, ovakvi
medijumi su pogodni za funkcije
prenosa signala, ali je neophodno
da sistemi prenosa i odgovarajući
uređaji budu prilagođeni izloženim
specifičnostima.
4. Srednjenaponski
kablovski vodovi
Uvidom u razne dokumentacije
konstatuje se da postoji dosta
širok spektar raznih konstrukcija
srednjenaponskih kablova sa vrlo
različitim karakteristikama u funkciji
prenosa signala u oblasti visokih
[062]
frekvencija. Odlučeno je da se za
dalja razmatranja izaberu kablovske
konstrukcije koje su dominantno
zastupljene u elektrodistributivnim
mrežama u našoj zemlji, kao i u
proizvodnim programima domaće i
strane kablovske industrije.
U daljem izlaganju tretirani su
kablovi za naponske ravni 6/10 kV i
12/20 kV, sa provodnicima kružnog
preseka i sa termoplastičnom
izolacijom, polivinil-hlorid i
polietilen. Na slici 6. prikazana
je standardna struktura takvog
trofaznog kabla a u daljem tekstu
su prikazane karakteristike kablova
RNR 81 i HNR 48 u funkciji
prenosa signala.
(1) bakarni provodnici
(2) poluprovodni sloj postavljen oko
bakarnih provodnika
(3) XLPE izolacioni sloj od
umreženog polietilena
(4) poluprovodni sloj postavljen oko
izolacije
(5) poluprovodna traka
(6) bakarna traka postavljena oko
svakog izolovanog provodnika
(7) zaštitna ispuna
(8) PVC spoljni plašt
Na slici 4. prikazan je tipični
trofazni kabl sa provvodnicima
kružnog preseka, termoplastičnom
izolacijom i ekranima oko svakog
provodnika. Ovakva konstrukcija
se primenjuje u izradi kablova za
naponske ravni do 35 kV. Provodnici
se izrađuju od bakra ili aluminijuma
i površina preseka im zavisi samo
od nomimalne struje. Materijal za
izolaciju može da bude polivinilhloridpuni polietilen i umreženi
polietilen, a debljina izolacije
zavisi od nominalne naponske
ravni kabla. Oko provodnika je
tanak poluprovodni sloj kojim se
postiže homogeni kružni presek.
Oko izolacije nanosi se najpre tanak
sloj poluprovodnog materijala a
zatim ekran od namotane bakarne
trake. Uloga poluprovodnih slojeva
i bakarnog ekrana je postizanje
Slika 4 Struktura trofaznog kabla sa
provodnicima kružnog preseka,
termoplastičnom izolacijom i
poluprovodnim ekranima
energija
RNR-81 sa
istom površinom
preseka i sa PVC
izolacijom.
Izloženi rezultati
studijskih analiza
i eksperimentalnih
ispitivanja
karakteristika
srednjenaponskih
kablovskih
vodova pokazuju
da se savremeno
konstruisani
vodovi mogu
koristiti i kao
vrlo kvalitetni
telekomunikacioni
transmisioni
Slika 6 Zavisnost podužnog slabljenja kablovskog voda
putevi, na
RNR-81 od frekvencije
kojima se, u
frekvencijskom
opsegu do 30
MHz, mogu
ostvariti binarni
protoci iznad 100
Mbit/s na trasama
dužine preko 2
kilometra. Ova
konstatacija se
odnosi na kablove
se izolacijom
od umreženog
polietilena i
sa bakarnim
ekranima oko
izolacije. Kablovi
sa PVC izolacijom imaju znatno
ravnomerne radijalne strukture
veće podužno slabljenje pa je njihova
električnog polja u izolaciji.
primena
ograničena na kraće trase,
Prikazani srednjenaponski trofazni
od
100
do
700 metara, sa binarnim
kablovski vodovi predstavljaju
protocima
do 10 Mbit/s.
konstruktivne celine tri kompaktna
segmenta od kojih svaki sadrži
5. Savremeni sistemi
provodnik, ekrane, izolaciju
prenosa signala kroz
i elemente zaštite. Sa aspekta
srednjenaponske i
prenosa signala svaki taj segment,
niskonaponske mreže i
dakle provodnik sa pripadajućom
instalacije
izolacijom i ekranima, može da
Iz prethodnog izlaganja sledi da se u
se tretira kao poseban koaksijalni
raspoloživom frekvencijskom opsegu
telekomunikacioni vod.
1 – 30 MHz mogu javiti segmenti,
Za ocenu telekomunikacionog voda
jedan ili više njih, u kojima je prenos
presudan značaj ima zavisnost
degradiran ili potpuno onemogućen
konstante podužnog slabljenja
(bilo
zbog velikog slabljenja signala
od frekvencije. Proračuni i
na
trasi,
bilo zbog prisustva smetnji
eksperimentalna ispitivanja ovih
zavisnosti izvršena su na kablovskim velikog intenziteta). Pri tome, ti
segmenti opsega nisu vremenski
vodovima HNR-81 i RNR-81, u
frekvencijskom opsegu 1 – 30 MHz. fiksirani, nego im se spektralne
pozicije menjaju, sporije ili brže. Iz
Na slici (5) prikazana je zavisnost
ove konstatacije proizilazi zahtev
podužnog slabljenja tipičnog
koji odgovarajući sistem mora da
kablovskog voda
ispunjava: sistem mora da ima
HNR-81 sa polietilenskim
mogućnost brzog prilagođavanja
dielektrikom, za naponsku ravan
uslovima
prenosa, što znači
6/10 kV, sa površinom preseka
mogućnost
trenutnog frekvencijskog
2
provodnika 120 mm , a na slici
relociranja
signala u segmente
(6) odgovarajuća zavisnost voda
Slika 5 Zavisnost podužnog slabljenja kablovskog voda
HNR-81 od frekvencije
[063]
opsega u kojima su uslovi prenosa
povoljni.
Potreba da se reše problemi prenosa
digitalnih signala sa velikim
binarnim protocima kroz ovakve
medijume rezultirala je saznanjima
da optimalna rešenja predstavljaju
modulacioni sistemi poznati pod
oznakom DMT (Discrete Multi
Tone). Raspoloživi frekvencijski
opseg deli se na veliki broj
nezavisnih podopsega u kojima
se nosioci modulišu sa različitim
modulacionim šemama, zavisno od
uslova prenosa u njemu. Saglasno
tome, u podopsezima sa boljim
uslovima prenosa ostvaruje se veći
binarni protok, u lošijima manji,
a u ekstremno lošim podopsezima
nema prenosa. Ukupni binarni
protok u sistemu je zbir protoka
u podopsezima [6]. Sistem je
adaptivan u realnom vremenu tako
da se, preraspodelom protoka u
podopsezima, efikasno kompenzuju
sve varijacije uslova prenosa
(promene funkcije prenosa i pojave
impulsnih ili interferencijskih
smetnji) [7]. Varijanta DMT sistema
poznata pod nazivom OFDM
(Orthogonal Frequency Division
Multiplexing) posebno je pogodna
za širokopojasne komunikacije
po elektroenergetskim vodovima
i instalacijama zbog odličnog
iskorišćenja frekvencijskih
opsega [8]. Na osnovu podataka
iz literature, kao i uvidom u stanje
na tržištu, konstatuje se da skoro
svi proizvođači širokopojasnih
PLC uređaja koriste OFDM,
modulacione postupke.
Intenzivno širenje mreža za prenos
signala po elektroenergetskim
vodovima, kao i sve veći zahtevi
u pogledu njihovih potencijala,
doveli su do razvoja generacije
uređaja koji imaju performanse
koje odgovaraju tim zahtevima, ali
istovremeno i do pojave njihove
koncepcijske standardizacije. Danas
velika većina proizvođača nudi
standardne garniture za formiranje
manjih i srednjih lokalnih mreža koje
sačinjavaju centralni uređaj (master),
regenerator, jedan ili više njih
(repeater) i potreban broj terminalnih
uređaja, konstruisanih za različite
namene. Za funkcije centralnog
uređaja i regeneratora koriste se
isti HW uređaji, odgovarajuće
programirani za jednu ili drugu
funkciju.
Tipične sistemske karakteristike
ovakvih garnitura su sledeće:
energija
- nominalni frekvencijski opseg 2 –
34 MHz;
- radni frekvencijski opsezi 10, 20
ili 30 MHz, unutar nominalnog
opsega;
- sistem modulacije OFDM sa
širinom podopsega približno 20
kHz;
- maksimalni binarni protok u
fizičkom sloju 205 Mbit/s;
- standardna sprega sa okruženjem
10/100 Mbit/s, Ethernet.
Opisani uređaji već danas
nalaze široku primenu u raznim
srednjenaponskim i niskonaponskim
mrežama kao i u instalacijama
6. Zaključak
U periodu od 2006. godine do sada
istraživačka ekipa Elektrotehničkog
fakulteta – Beograd i Energoprojekta
– ENTEL, uz podršku Ministarstva
za nauku Srbije, obavila je obimna
istraživanja elektroenergetskih
vodova i mreža, srednjenaponskih,
niskonaponskih i instalacionih,
u funkcijama medijuma prenosa
signala sa binarnim protocima do
reda 100 Mbit/s. Ta istraživanja,
iz kojih su proizašli ovde prikazani
rezultati, kao i rezultati koji su
prezentirani u godišnjim izveštajima
Ministarstvu za nauku u periodu
2006. – 2010.god., dokazala su
da ceo kompleks koji sačinjavaju
srednjenaponske i niskonaponske
mreže, kao i elektroenergetske
instalacije, predstavlja sredinu u
kojoj se mogu realizovati kvalitetne
i pouzdane mreže za prenos signala,
neophodnih za funkcije inteligentnih
mreža. Istovremeno, te mreže mogu
da podržavaju, u većoj ili manjoj
meri, i razne oblike informatičkih i
multimedijalnih komunikacija.
TELFOR 2009, Beograd, Srbija,
Novembar 24-26., 2009.
[3] J. Mandić-Lukić, Prof. N. Simić,
B. Milinković:”Presentation
of the Results of Measuring
Characteristics of Power
Line Installations in the
Signals Transmission”,
XLIV International Scientific
Conference on Information,
Communication and Energy
Systems and Technologies,
ICEST 2009, Veliko Turnovo,
Bulgaria, June 25-27, 2009.
[4] I. Vujičić, N. Gospić, N.
Rajaković: „Topologija
širokopojasnih PLC mreža
za pristup realizovanih na
elektroenergetskim distributivnim
mrežama niskog napona“ ,
TELFOR, 2007.
[5] J.M. Lukić, N. Simić, N.
Hadžiefendić:“Rezultati
ispitivanja niskonaponskih mreža
u funkciji prenosa širokopojasnih
signala”, Telekomunikacioni
forum TELFOR 2010, Beograd,
Srbija, Novembar 23.-25., 2010.
[6] J. A. C. Bingham, „Multicarrier
modulation for data transmission:
an idea whose time has come“.
IEEE Communication Magazine,
Vol. 28, pp. 5-14, May 1990.
[7] S. Baig, N.D. Gohar, „Discrete
Multi-Tone Transceiver at the
Heart of PHY Layer of an InHome Powerline Communication
Local Area Network“. IEEE
Communication Magazine, Vol.
41, pp. 48 – 53, April 2003.
[8] H. Hrasnica, A. Haidine, R.
Lehnert, Broadband Powerline
Communications, John
Wiley&Sons, 2004.
7. Literatura
[1] Mandić-Lukić, D. Pokorni,
Prof. N. Simić:”Characteristics
of Low-Voltage Installations
as Transport Medium in Office
Building”, XLIII International
Scientific Conference on
Information, Communication
and Energy Systems and
Technologies, ICEST, Niš,
Serbia, June 25-27, 2008.
[2] J.M. Lukić, N. Hadžiefendić.
N.Simić:“Elektroenergetske
instalacije kao telekomunikacioni
transmisioni medijum”,
Telekomunikacioni forum
[064]
energija
MSc Nikola Popov, MSc Dragan Mihić,
prof. Dr Slobodan N. Vukosavić
Elektrotehnički fakultet, Univerzitet u Beogradu
UDC: 621.313.33.004
Procena temperature rotora
velikih asinhronih motora na
osnovu merenja statorskih
struja i napona
1. Uvod
Asinhroni motori se široko koriste
zbog njihove dobro poznate
pouzdanosti. U slučajevima kada
je napajanje nesimetrično ili izvan
tolerancija, može doći do pregrevanja
rotora asinhronog motora. Do
pregrevanja može doći i u slučaju
da su blokirani tokovi vazduha u
sistemu za hlađenje, da je otkazao
ventilator za prinudno hlađenje, da
je uvećana temperatura ambijenta,
da je opterećenje uvećano iznad
granica tokom dužeg vremenkog
intervala, da je rotor zakočen, da
se motor zaleće sa prevelikom
inercijom, kao i u slučaju da je
došlo do kvara ili neregularnosti
u magnetskom ili strujnom kolu
mašine. Da bi se minimizirala šteta
do koje tada može doći, motor treba
opremiti adekvatnom termičkom
zaštitom. Pregrevanje statora se
može indirektno odrediti na osnovu
uvećanja efektivne vrednosti
struje statora, ali se tako ne mogu
detektovati svi slučajevi u kojima
se rotor pregreva. S druge strane,
u većini slučajeva nije prihvatljivo
ugrađivati davače temperature na
rotoru, pre svega zbog poteškoća
u prenosu merenih signala na
statorsku stranu, kao i prednosti koja
se ima kod korišćenja standardnih
asinhronih motora koji nemaju
davače na rotoru. Dakle, postoji
potreba za sintezom i primenom
algoritma za ocenu temperature
rotora u toku rada koji bi radio bez
ikakvih izmena u hardveru i bez
korišćenja doatih davača.
Otpornost rotorskog kaveza
asinhrone mašine se menja u širokom
Sažetak
Temperatura rotor velikih asinhronih motora se meri ili procenjuje iz
razloga zaštite, nadzora kao i radi praćenja promena u parametrima
rotorskog kola, koji mogu biti od značaja u upravljanju ili proceni
starenja motora. U okviru ovog rada razmatraju se problemi procene
temperature velikog asinhronog motora koji na rotoru nema naročite
davače za merenje temperature. Predloženi metod koristi raspoložive
signale koji sadrže informacije o statorskim naponima i strujama i koji
postoje u svim primenama velikih asinhronih mašina. Struje i naponi
se dobijaju sa standardizovanih strujnih i naponskih transformatora.
Predlaže se algoritam koji obrađuje trenutne vrednosti ovih veličina i
na osnovu osobina spektra napona i spektra struja dolazi do podatka o
temperaturi rotora.
ROTOR TEMPERATURE ESTIMATION OF LARGE INDUCTION
MOTORS BASED ON TERMINAL QUANTITIES
Induction motors have a widespread use of low-power applications up
to very difficult and demanding applications in industry. Whether they
are supplied from inverter or power grid, it is necessary to preserve and
maintain their reliability to prevent a possible defect. In most applications
it is desirable to detect rotor temperature for two reasons, protection
and control. Installing additional sensors on motor’s shaft which works
in very difficult conditions and applications is unacceptable. Changes
in rotor temperature alter the rotor resistance. If not take care of, this
may deteriorate overall drive performance,accelerating aging process
and even cause destruction. Hence, it is of great interest to acquire the
rotor temperature information. On the other hand, it is desirable to avoid
any additional hardware or additional sensors. Therefore, the rotor
temperature has to be estimated from readily available signals and these
are the stator voltages and currents. This paper describes the solution of
acquiring rotor temperature using already present high frequancy signal
in motor.
opsegu. Otpornost na osnovnoj
učestanosti zavisi od temperature
rotora. Temperatura rotora raste
počevši od temperature ambijenta i
može dostići čak 150-200 S°. Jedan
od načina za ocenu temperature
rotora je poređenje otpornosti u
datim uslovima rada sa otpornošću
na poznatoj temperaturi. Poznavanje
odnosa otpornosti pri različitim
[065]
temperaturama jednoznačno ukazuje
na odnos temperatura. Međutim, da
bi se odredila temperatura, potrebno
je raspolagati podacima o otpornosti
rotora, što predstavlja poteškoću.
Naime, rotorski namotaj u najvećem
broju slučajeva nije dostupan. U
ovom radu se predlaže određivanje
temperature rotora na osnovu
promena u impedansi motora,
energija
detektovanih iz struja i napona
statora. Bilo da se motor napaja iz
energetskog pretvarača ili direktno
sa mrežnog napona industrijske
učestanosti u motoru se javljaju
određene pojave i signali na visokim
učestanostima. U slučaju napajanja
iz energetskog pretvarača u signalu
eksitacije se javljaju komponente
na učestanosti u oblasti učestanosti
komutovanja dok se kod motora
napajanog mrežnim naponom usled
viših harmonika mrežnog napona
kao i usled nesavršenosti motora,
kao što su žlebni harmonici, javljaju
harmonici koji se nalaze na višoj
učestanosti od osnovne.
Učestanost žlebnih harmonika kao i
učestanost rada trofaznih pretvarača
je značajno veća od osnovne.
Na osnovu poznate promene
rotorske otpornosti na visokim
učestanostima moguće je utvrditi
promenu temperature. S druge
strane poznavanjem temperature se
omogućuje određivanje promene
rotorske otpornosti na osnovnoj
učestanosti. Veći broj radova [1] ,
[2], [3] ukazuje na relativno veliku
složenost i osetljivost algoritma za
identifikaciju rotorske vremenske
konstante. Direktno merenje
temperature rotora nije praktično
iz tehničkih i ekonomskih razloga.
U ovom radu se predlaže metoda
za određivanje temperature rotora
na bazi merenja impedanse rotora
učestanostima značajno većim od
osnovne, što mogu biti učestanosti
žlebnih harmonika ili učestanost rada
invertora.
Postupak određivanja temperature
na osnovu impedanse na radnoj
učestanosti bio bi otežan time što na
aktivni deo impedanse utiče veliki
broj faktora među kojima su gubici u
gvožđu kao i snaga elektromehaničke
konverzije. Ukoliko se impedansa
određuje na učestanosti žlebnih
harmonika ili komutacija, za koje je
relativno klizanje blisko 1, pomenuti
problemi i uticaji nisu od značaja.
Elektromehaničko pretvaranje
postoji zahvaljujući promenama
fluksa i struje na frekvencijama
reda 50 Hz, tako da sistem napona
i struja na višim frekvencijama
nema efekta na elektromehaničko
pretvaranje. Stoga pojave na
povišenim učestanostima nemaju
udela u snazi elektromehaničkog
pretvaranja, što predstavlja osnov
za predloženu metodu. Realni
deo impedanse motora na ovoj
učestanosti zavisi isključivo od
otpornosti namotaja a ne od snage
elektromehaničkog pretvaranja niti
od osnovnih gubitaka u mašini.
Dakle, merenjem otpornosti na
učestanosti komutovanja zapravo
se određuje specifična otpornost
materijala rotorskih štapova.
Merenje otpornosti RVF na slici 1
zahteva dovođenje odgovarajućeg
napona uVF, koji ima ulogu test
signala. Dovođenje test signala u
toku rada motora nije prihvatljivo
jer bi takav signal stvorio oscilacije
Slika 1 Zamenska šema asinhronog
motora za visoke učestanosti
struje i momenta koje utiču na rad
motora i mogu poremetiti radnu
mašinu. Umesto test signala mogu
se koristiti žlebni harmonici ili
komponenta statorskog napona na
učestanosti rada invertora, ukoliko
senapajanje vrši iz invertora. Dakle,
postoji mogućnost da se impedansu
na povišenim učestanostima odredi
bez eksplicitnog test signala. Na
osnovu njenog realnog rela moguće
je oceniti temperaturu materijala od
kog su načinjeni rotorski štapovi
(aluminijum). Konačno, iz promene
temperature moguće je dobiti i
ocenu o promeni otpornosti rotora na
osnovnoj učestanosti.
U ovom radu prvo su prikazani
teorijski aspekti promene rotorske
otpornosti a nakon toga predstavljeni
su eksperimentalni rezultati merenja
dobijeni primenom predložene
metode.
2. Promena impedanse
motora na povišenim
učestanostima
Pri radu na povišenim učestanostima,
grana magnetisanja u zamenskoj
šemi motora se može zanemariti.
Relativno klizanje s je blisko 1.
Zato se zamenska šema za visoke
učestanosti svodi na rednu vezu
induktivnosti rasipanja i ekvivalente
serijske otpornosti motora, što
je prikazano na slici 1. Serijska
otpornost Rvf je jednaka zbiru
otpornosti statorskog namotaja
na datoj učestanosti i otpornosti
rotorskog namotaja koja je svedena
[066]
na stranu statora. Otpornosti statora
i rotora na osnovnoj učestanosti rada
imaju bliske vrednosti. Potrebno je
proceniti odnos otpornosti statora i
rotora na povišenim učestanostima i
zaključiti koja od njih je dominantna
u zbiru Rvf. Naime, u slučaju da
statorska otpornost ima značajan
uticaj na otpornost Rvf, tada se
merenjem aktivnog dela impedanse
motora ne bi mogla odrediti
temperatura rotora, već bi rezultat
odgovarao srednjoj vrednosti
temperatura statora i rotora.
Poznato je da su rotorski štapovi
značajno većeg poprečnog preseka
od provodnika u namotaju statora
standardnih asinhronih mašina.
Stoga se otpornost rotora na višim
učestanostima višestruko uvećava
zbog skin efekta. Naime harmonijske
komponente struje na učestanostima
reda 10 kHz potiskuju se ka delu
rotorskog provodnika bliže zazoru.
Budući da struja sada postoji na
smanjenom preseku, otpornost
se uvećava. Analitički izrazi koji
određuju uvećanje otpornosti
rotorkih štapova usled skin efekta
dati su u knjizi [4]. Tabele koje
definišu frekvencijske promene
otpornosti rotora standardnih
asinhronih motora date su u radu
[1]. Izraz (1) predstavlja izraz kojim
se određuje impedansa u zavisnosti
od frekvencije (a predstavlja
poluprečnik štapa).
(1)
Kod motora napajanih mrežnim
naponom usled nesavršenosti motora
ipak se javljaju signali na dosta nižim
ušestanostima od 10 kHz, međutim
kako je popuprečnik rotorskog štapa
kod velikih AM za red veličine veći
nego kod motora malih snaga, skih
efekat postaje veoma izražen i na
niskim učestanostima, što predstavlja
osnov da se i takvi pogoni uzmu u
razmatranje.
Usled relativno velikog preseka
rotorskih štapova, otpornost
rotora se uvećava već na mrežnoj
učestanosti, dok pri učestanostima
reda kHz uzimaju vrednosti koje
su nekoliko desetina puta veće od
otpornosti za jednosmernu struju.
Frekvencijska zavisnost količnika
rotorske otpornosti pri naizmeničnoj
i jednosmernoj struji za standardne
asinhrone motore je data na slici 2.
Na osnovu date slike, može se
zaključiti da je kod standardnih
asinhronih motora otpornost Rvf
prevashodno određena specifičnom
otpornošću rotorskih štapova i
energija
na toj učestanosti (ukoliko postoji
toga i impedanse
značajna eksitacija na nekoj
Z(jω) i na osnovu
realnog dela impedanse učestanosti opravdano je smatrati
da je podatak iz amplitudskog
oceniti merenu
otpornost. U praktičnoj spektra impedanse validan) kako
bi se izvršila neka vrsta filtriranja.
implementaciji se
Drugim rečima, podatak o spektru
to ne može uraditi
impedanse se zajedno sa spektrom
na tako jednostavan
napona koristi da bi se dobila neka
način. Naime pojave u
operativna informacija o spektru
pogonu su periodične
impedanse. Način obrade je sledeći:
ali njihov period nikad
svaka tačka spektra impedanse se
nije unapred poznat.
množi sa odgovarajućom vrednošću
U ustaljenom stanju
napona na istoj učestanosti, sabira
veličine se menjaju sa
se sa susednim tačkama (u nekom
periodom od 50 Hz
određenom pojasu frekvencije)
ali čak i u tom slučaju
koje su tretirane na isti način
teško je podesiti
ponderisanjem sa odgovarajućom
sistem za odabiranje da on uzima 2n
odbiraka u trajanju perioda od 20 ms. naponskom vrednošću, a zatim
se dobijeni zbir deli sa zbirom
U trenucima kada ne postoji
naponskih odbiraka kojima su
eksitacija a prilikom odabiranja
množene vrednosti impedanse.
struja i napona se javi ipak neka
Time se postiže određena vrsta
vrednost usled šuma, potrebno ju je
usrednjavanja i na neki način se
ukloniti ili bar ne uzimati u obzir.
eliminišu greške usled interpretacije
Još jedan problem koji se javlja
signala (eliminiše se potreba za
je i činjenica da je teško podesiti
korišćenjem prozorskih funkcija),
vreme odabiranja na vrednosti
smanjuje se uticaj šuma i dobijeni
manje od 1μs. Noviji digitalni
rezultat ima dimenziju Ω. Pri tome
signal procesori (DSP) bi mogli
da dostignu i bolje performanse u
nije korišćena uobičajena decimacija
smislu vremena odabiranja gde je za
signala koja će iz originalnog vektora
AD konverziju potrebno nekoliko
(signala) sa n tačaka, korišćenjem
desetina ns. Međutim, algoritam
pojasa od m tačaka dati nov vektor
je testiran tako što je vršeno
sa n/m tačaka već je primenjen
merenje signala četvorokanalnim
klizajuća srednja vrednost (Moving
osciloskopom, kojim je signal
Average Filter), koji u suštini daje
odabiran frekvencijom reda μs.
novi vektor impedanse sa gotovo
Naponske ivice su takve da su
istim brojem tačaka što je prikazano
strmine napona reda 100 ns, a
na slici 3. Težinski koeficijenti filtra
naponske ivice je potrebno odabirati
su zapravo vrednosti odgovarajućih
tako da se ima bar nekoliko odbiraka odbiraka napona.
tokom skoka napona sa – E na +
Na slici 4 je prikazan grafik koji
E. Kada je PWM u zasićenju uzani
predstavlja signal realnog dela
naponski impulsi mogu trajati
impedanse dobijen prostim deljenjem
čak 1 μs tako da odabiranje sa
signala napona strujnim, na kome se
nekoliko μs neminovno dovodi do
vide sve anomalije tako dobijenog
određenih grešaka i do poteškoća
signala i nakon čega je jasno da se
u interpretaciji signala. Te greške
rešenju problema ne može pristupiti
nisu velike ali je potrebno ukazati na na jednostavan način, po principu
njih. Sa druge strane signali struje na Z(jω)= U(jω)/ I(jω).
visokim frekvencijama su relativno
male amplitude i na
Slika 3 Rezultat primenjene decimacije.
njih definitivno mogu
loše uticati greške
usled odabiranja kao i
sam šum.
Zbog navedenih
problema, mereni
signali su korišćeni
tako što se svaka tačka
u dobijenom spektru
Z(jω), koji se dobija
deljenjem spektra
napona spektrom
struje, uzima u obzir
u onoj meri u kojoj
postoji i eksitacija
Slika 2 Povećanje otpornosti u zavisnoti od frekvencije
pri različitim prečnicima štapova
geometrijom rotorskih žlebova.
Provodnici statora imaju značajno
manji presek, pa je skin efekat
u njima značajno manji. Stoga
je uticaj statorske otpornosti na
merenu veličinu Rvf zanemariv.
Dakle, određivanjem aktivnog dela
impedanse motora na povišenim
učestanostima dobija se otpornost
rotorkog kaveza na datim
učestanostima.
Teorijski gledano podatak o rotorskoj
otpornosti Rvf se može dobiti na
osnovu spektra napona i spektra
struja. Tačnije, količnik komponente
napona i komponente struje na 10
kHz predstavlja impedansu motora
na 10 kHz. Izdvajanjem realnog
dela i poređenjem sa otpornošću pri
poznatim uslovima može se dobiti
podatak o temperaturi. Algoritam
koji je potrebno primeniti uključuje
analizu spektra struje i napona.
3. Određivanje temperature
rotora
U realnom pogonu sa signalima
dobijenim merenjima rad sa
furijeovom transformacijom
značajno odudara od teorijske
primene. Iz tih razloga potreban je
drugačiji pristup pri određivanju
impedanse motora od striktno
teorijskog pristupa. Usled prisustva
šuma i ograničene rezolucije
analogno-digitalne konverzije
(AD konverzija), obradu podataka
u realnom vremenu je potrebno
organizovati tako da nesavršenost
merenja ne utiče na tačnost u
određivanju temperature.
Teorijski, ukoliko su dostupni signali
struja i napona na priključnim
krajevima mašine koji nisu oštećeni
procesom odabiranja (nemaju grešku
usled kvantizacije u vremenu ni
usled kvantizacije po amplitudi)
dovoljno bi bilo odrediti spektar
napona i struje U(jω) i I(jω) a nakon
[067]
energija
Ovako jednostavan
način dobijanja
impedanse bi u slučaju
realnih signala mogao
da pruži sasvim
pogrešne informacije,
recimo negativne
vrednosti otpornosti
čak i u slučajevima
kada je šum na niskom
nivou.
Slika 4. „Signal“ realnog dela impedanse
Slika 5 Spektar merenog napona u slučaju napajanja
4. Rezultati
Eksperimentalan
merenja vršena su
u laboratorijama na
Elektrotehničkom
fakultetu u Beogradu.
Isti algoritam
primenjen je na
merenja dobijena
prilikom napajanja
sa dva različita
pretvarača, jedan sa
kontinualnim i jedan
sa diskretnim spektrom
čiji su spektri prikazani
na slici 5. Za proveru
validnosti merenja
korišćen je infra-crveni
temperaturni senzor.
Na slikama 6 i 7
prikazani su rezultati
primene algoritma
na dobijena merenja
signala napona i struja
(odnosno na njihove
spektre). Na slici 6
prikazane su otpornosti
u slučaju napajanja
pretvaračem koji
poseduje diskretan
spektar a na slici 7
kontinualan spektar.
U oba slučaja motor
je zagrevan do
temperature od 85 ºS
što je potvrđeno infracrvenim senzorom.
Slika7 Zavisnost otpornsti od frekvencije pri hladnom i pri
zagrejanom rotoru
[068]
(2)
Uz poznat odnos otpornosti
korišćenjem izraza (2) moguće je
izračunati priraštaj temperature (za
aluminijum α=0.0039 K-1).
Na slici 6 vidi se porast otpornosti u
oblasti 5 kHz od oko 26% a na slici
7 se takođe vidi porast otpornosti
23,4%. Pošto su merenja vršena na
sobnoj temperaturi od 20º dobija
se da su temperature rotora redom
86,85 º i 80º.
5. Zaključak
U ovom radu opisan način za
određivanje temperature rotora
asinhronog motora na osnovu
raspoloživih podataka o statorskim
naponima i strujama. Predloženi
način ne predviđa ugradnju dodatnog
temperaturnog davača niti bilo kakve
izmene u odnosu na savremene
pogone kakvi se danas koriste u
industriji. Pokazano je da je moguće
odrediti temperaturu sa greškom
od ±5º i to uz korišćenje merne
opreme sa nedovoljnom rezolucijom
analogno digitalnog konvertora, koja
nije namenjena ovako zahtevnim
aplikacijama. Pošto postoji dosta
prostora za poboljšanje predložene
metode i to uglavnom u merenju
terminalnih napona i struja postoji
osnov za pretpostavku da predložena
metoda, uz određene korekcije, može
raditi sa većom tačnošću i većom
pouzdanošću. Nove generacije
procesora [5] donose veće brzine
rada, više memorijskog prostora i
otvaraju se mogućnosti i za praktičnu
implementaciju predložene metode.
Ovakav način identifikacije
parametara asinhronog motora
nije potpuno istražen i razvijen,
ne pominje se u naučnoj i stručnoj
literaturi i predstavlja osnov
za budući naučni rad. Autori
Slika 7 Zavisnost otpornsti od frekvencije pri hladnom i pri
zagrejanom rotoru
energija
nameravaju da posvete naročitu
pažnju usavršavanju predloženog
metoda za primene procene
temperature srednjenaponskih
asinhronih motora u elektroprivredi i
industriji.
6. Literatura
[1] S. N. Vukosavić, “Projektovanje
adaptivnog mikroprocesorskog
upravljanja brzinom i pozicijom
asinhronog motora”, doktorska
disertacija, Elektrotehnički
fakultet u Beogradu, 1989.
[2] L. Garces, “Parameter Adaption
for the Speed Controlled, Static
AC Drive with Squirell Cage
Induction Motor operated, with
Variable Frequency Power
Supply”, IEEE Trans .on Ind.
Appl., vol. IA-16, No. 2, 1980.,
pp. 173-178
[3] Peter Vas Parameter Estimation,
Condition Monitoring, and
Diagnosis of Electrical
Machines, CLARENDON Press,
Oxford, 1993.
[4] Dr Jovan Surutka
Elektomagnetika, Elektrotehnički
fakultet u Beogradu, 1975.
[5] Reference Guide TMS28355 DSP,
System and peripherals, Texas
Instruments 2007, Literature
number SPRU812a.
Dragan Mihić, Nikola Popov, Mladen Terzić,
Slobodan N. Vukosavić
Elektrotehnički fakultet u Beogradu
UDC: 621.313.323.004
Optimizacija rada
sinhronih generatora u
nekonvencionalnim izvorima
Sažetak
Nove vrste izvora električne energije koriste energiju plime i oseke,
energiju talasa, energiju vetra, geotermalnu kao i druge. U velikom broju
slučajeva električna energija se dobija korišćenjem električne mašine,
elektromehaničkog pretvarača koji mehanički rad pretvara u električnu
energiju. Budući da je brzina obrtanja naprava kao što su vetroturbine
vrlo mala, kao i da praktični razlozi onemogućuju upotrebu prenosnika za
uvećanje broja obrtaja, neophodno je graditi električne generatore za male
brzine obrtanja. Sinhrone mašine sa stalnim magnetima (SMSM) imaju
veliku specifičnu snagu i male gubitke, pa se generatori u novim vrstama
izvora najčešće realizuju sa stalnim magnetima. U fazi projektovanja
mašine potrebno je izvršiti optimizaciju sa ciljem da se postigne visok stepen
korisnog dejstva u radu. U okviru rada su uzeti u obzir gubici u namotajima
usled skin efekta, gubici u magnetskom kolu, kao i gubici u tranzistorskom
pretvaraču preko koga je električna mašina povezana sa mrežom. Predloženi
pristup projektovanju statorskog namotaja omogućuje da se ukupni gubici u
sistemu pretvarač-električna mašina svedu na minimum u opsegu brzina od
interesa.
OPTIMIZATION OF SYNHRONOUS GENERATORS FOR
NONCOVENTIONAL APPLICATIONS
New power sources are using tidal, wave, wind, geothermal energy and
others. In many cases the electricity is obtained by using electric machine,
electromechanical converter that converts mechanical energy into electrical
energy. Since the rotational speed of devices such as wind turbines is very
small, and that practical considerations prevent the use of gears to increase
speed, it is necessary to build electric generators for low-speed of rotation.
Synchronous machine with permanent magnets (SMPM) have high specific
strength and low losses, and because of that the generators in the new kinds
of sources are usually implemented with permanent magnets. In the design
phase it is necessary to optimize machine in order to achieve good efficiency
in the work. In this paper, the losses in the windings due to skin effect,
losses in the magnetic circuit, as well as losses in the transistor inverter
through which the electrical machine connected to the network, are taken
into account. The proposed design approach of the stator windings allows
minimisation of the total losses in the system of converter-electrical machine
in the range of speeds of interest.
1. Uvod
U okviru rada je predložen način i
dat primer optimizacije statorskog
namotaja sinhrone mašine sa stalnim
magnetima (SMSM) sa ciljem da
se umanje gubici u zadatom opsegu
[069]
brzina. Kod sinhronih generatora sa
stalnim magnetima primenjenim u
novim izvorima, od velike važnosti
je da dimenzije električne mašine
budu što manje, kao i da gubici i
stvorena toplota budu minimalni.
energija
Budući da se brzina obrtanja menja
i prilagođava (na primer) brzini
vetra, rad kod uvećanih brzina može
zahtevati i slabljenje polja. Mašina
se može projektovati i za rad bez
slabljenja polja. Da bi se to postiglo,
potrebno je smanjiti broj navojaka
tako da se nominalna vrednost
elektromotorne sile postiže tek pri
maksimalnoj brzini. Međutim, takav
pristup dovodi do uvećanja struje
u radnim režimima od interesa, pa
se uvećavaju gubici u invertoru i
generatoru.
Stvaranje pobude uz pomoć stalnih
magneta otežava slabljenja polja.
Naime, da bi se oslabilo polje
i tako povećala brzina obrtanja
generatora, neophodno je imati
statorske struje koje daju negativnu id
komponentu. Struja čija je projekcija
na d osu mašine negativna naziva se
demagnetizacionom. Komponenta id
uvećava efektivnu vrednost statorske
struje i rezultuje dodatnim gubicima
snage u statorskom namotaju i time
umanjuje stepen korisnog dejstva
generatora. I pored toga, izostanak
namotaja i gubitaka na rotoru
kod SMSM je razlog da ova vrsta
mašine ima bolje karakteristike od
asinhrone mašine ili sinhrone mašine
sa namotanim rotorom. U osnovi,
ovde se predlaže rešenje statorskog
namotaja SMSM koji omogućuje da
se izbegne potreba za prekomernom
strujom demagnetizacije u oblasti
slabljenja polja, ali da pri tome ne
dođe do prekomernog smanjenja
odnosa Nm/A i prekomernog
uvećanja potrebne struje u oblasti
manjih brzina i konstantnog
momenta. Način povezivanja
sinhronog generatora sa stalnim
magnetima na mrežu prikazan je na
slici 1.
2. Način formiranja
namotaja i gubici
U radu se razmatra problem
optimizacije broja navojaka
statorskog namotaja SMSM u cilju
postizanja minimalne snage gubitaka
pri radu u zadatom opsegu brzina.
U ovom odeljku se koristi uprošćeni
model i analitički pristup da bi se
pokazalo da postoji optimalni dizajn
statorskog namotaja. Uprošćeni
model podrazumeva da se svi gubici
u SMSM i pretvaraču mogu smatrati
proporcionalnim kvadratu efektivne
vrednosti struje statora.
Stvoreni momenat i magnetopobudna
sila mašine zavise od proizvoda broja
navojaka i struje. Promenom broja
navojaka u odnosu na nominalan
broj u istom režimu rada dolazi do
promene id i iq komponente struje
statora. Odnos izmenjenog u odnosu
na nominalni broj provodnika tj.
relativni broj provodnika je
.
(1)
Analiza sprovedena u ovom odeljku
razmatra primer u kome se relativni
broj provodnika menja od amin = 0,5
do amax = 2.
U radovima [1,4,6] je pokazano da
su komponente statorske struje u
zoni slabljenja polja:
,
(2)
U nekom posmatranom radnom
režimu u zoni slabljenja polja, jačina
demagnetizacione struje id raste
sa povećanjem broja provodnika.
Uzimajući u obzir efekte koje
promena broja navojaka stvara u
osama d i q, efektivna vrednost
statorske struje
(3)
menjaće se u funkciji broja navojaka
statora.
Na slici 2. je prikazana zavisnost
Iseff2(a) izražena u relativnim
jedinicama. Podaci dati na slici
se odnose na rad sa nominalnom
snagom pri konstantnoj brzini
obrtanja. Može se uočiti minimum
koji je na slici označen strelicom.
Dakle, postoji osnov za pretpostavku
da postoji optimalna vrednost broja
navojaka za koju je snaga gubitaka u
mašini najmanja.
Ipak, sprovedena analiza uzima
uprošćeni model gubitaka i ne
može se koristiti u praksi. Pored
Džulovih gubitaka u namotaju na
osnovnoj frekvenciji, neophodno je
uvažiti i skin efekat kao i gubitke u
magnetskom kolu i tranzistorskom
invertoru.
gde je ψm nominalna vrednost fluksa
3. Uticaj SKIN efekta
stalnih magneta dok je Ld nominalna Generatori koje se koriste u
vrednost induktivnosti statorskog
navedenim aplikacijama se najčešće
namotaja u d osi
mašine.
Slika 2 Promena kvadrata efektivne vrednosti struje sa
promenom relativnog broja provodnika statora
Jačina struje iq opada
sa uvećanjem broja
provodnika zato što
u zadatim uslovima
magnetopobudna
sila u q osi treba da
ostane konstantna.
Sa većim brojem
provodnika, nominalna
elektromotorna sila
namotaja se dostiže
pri manjim brzinama.
Dakle, potreba za
demagnetizacionom
strujom id se javlja
pri nižim brzinama.
Slika 1 Povezivanje generatora, tranzistorskog invertora i tranzistorskog pretvarača za interfejs sa mrežom
[070]
energija
prave tako da imaju veliki broj
polova, često reda 40-50 polova
zbog toga što je njihova brzina
obrtanja mala. Drugi razlog za
korišćenje velikog broja polova
je činjenica da mašine sa manjim
brojem polova imaju znatno lošije
iskorišćenje aktivnog materijala,
gvožđa i bakra, pa se zbog toga
pri konstruisanju mašine ide na
veći broj polova. Frekvencija f
statorskih struja ovih mašina je je
reda 1KHz. Pri ovim frekvencijama
u namotajima statora postaje izražen
skin efekat koji uvećava efektivnu
otpornost statorskog namotaja, a
time i Džulove gubitke. Uvećanjem
broja provodnika statora pri istoj
veličini žleba smanjuje se površina
poprečnog preseka provodnika, a
istovremeno se povećava ukupna
dužina provodnika tako da se ukupna
otpornost statorskog namotaja bez
uračunatog skin efekta (RSDC) menja
prema izrazu
(4)
gde je RSDCnom ukupna otpornost
statorskog namotaja za jednosmernu
struju i nominalni broj provodnika.
Smanjenjem poprečnog preseka
provodnika umanjuje se uticaj
skin efekta na povećanje statorske
otpornosti. Kod manjeg preseka,
efekat potiskivanja struje ka periferiji
provodnika ima manjeg uticaja na
uvećanje otpornosti. Dakle, za veće
vrednosti parametra a, skin efekat
ima manji uticaj.
Odnos otpornosti pri radnoj
frekvenciji i otpornosti za
jednosmernu struju definisan je
faktorom uvećanja otpornosti KR
[2,5] Faktor otpornosti je funkcija
broja provodnika i frekvencije
statorskih struja. Analitički izraz
ove zavisnosti detaljno je izveden u
[2]. Za slučaj jednog provodnika u
žlebu, analitička funkcija za faktor
otpornosti je
(5)
Numeričkim rešavanjem [3]
analitičke funkcije za KR dobijaju
se vrednosti ovog koeficijenta za
opseg relevantnih frekvencija i opseg
promene parametra a. U Tabeli I
su date vrednosti koeficijenta KR
za tri vrednosti broja provodnika u
žlebu i to pri maksimalnoj radnoj
frekvenciji. Priroda ove promene
preslikava se na ceo statorski
namotaj. Analitička razmatranja koja
daju funkciju KR(f,a) za različite
oblike žleba data su u radovima
[2,6].
Tabela 1 Vrednost koeficijenta KR za
različito N
Na osnovu prethodno pokazanog
zaključuje se da je otpornost
statorskog namotaja funkcija
frekvencije i relativnog broja
provodnika:
(6)
Prema tome snaga Džulovih gubitka
u statorskom namotaju data je
sledećom relacijom:
(7)
zazoru SMSM je rezultat interakcije
magnetopobudne sile stalnih
magneta i magnetopobudne sile
statora, stvorene strujama id i iq.
Rezultantna magnetska indukcija
Brez je prostoperiodično raspodeljena
u vazdušnom zazoru i zavisi
od ugaonog položaja rotora θm.
Magnetska indukcija se određuje
kao zbir pojedinačnih komponenti
magnetske indukcije za dati režim
rada, definisan brzinom, momentom
i relativnim brojem provodnika.
Zbrajanjem magnetopobudnih sila u
osama d i q dobija se
(8)
gde su BRm, Bq, i Bd komponente
magnetske indukcije koje potiču od
stalnih magneta, iq i id su komponete
statorske struje, dok je θm ugao
rotora. Može se pokazati da su
relativizovane komponente indukcije
Bq i Bd obrnuto proporcionalne broju
provodnika, to jest
Efektivna vrednost struje Iseff zavisi
od komponenti id i iq. Zavisnost
efektivne vrednosti struje od
frekvencije za slučaj minimalnog,
nominalnog i maksimalnog
,
(9)
relativnog broja provodnika data je
na slici 3.
dok je komponenta BRm
Jačina struje u q osi ne zavisi od skin nepromenljiva i zavisi od vrste
upotrebljenih stalnih magneta.
efekta. Struja id indirektno zavisi
U prethodnoj jednačini, fluks i
od skin efekta stoga što otpornost
magnetska indukcija su povezani
RS, koja utiče na ravnotežu napona
geometrijom mašine, na način koji
i potrebni iznos demagnetizacije,
je opisan u referentnoj literaturi
zavisi od skin efekta i frekvencije.
[1,5]. Gubici u gvožđu imaju
Komponenta iq se smanjuje sa
dve komponente, gubitke usled
porastom frekvencije i brzine zato
histerezisa i gubitke usled vihornih
što je u zoni slabljenja polja snaga
konstantna i jednaka nominalnoj tako struja. Pri velikoj frekvenciji
magnetskog polja u mašini gubici
da potrebni momenat hiperbolički
usled vihornih struja su dominantni
opada. Komponenta id se povećava
pa se gubici usled histerezisa mogu
sa porastom frekvencije jer je pri
zanemariti.
većim brzinama potrebna veća
Zanemarenjem gubitaka usled
demagnetizaciona struja. Jednačine
histerezisa gubici u gvožđu PFe
(6) i (7) kao i rezultati prikazani na
se mogu predstaviti sledećom
slici 2 omogućuju da se procene
jednačinom:
ukupni gubici u namotajima pri
velikim frekvencijama struja.
(10)
Detalji sprovedene analize se mogu
bolje sagledati u
Slika 3 Zavisnost efektivne vrednosti struje statora od
referencama [2,5,6].
4. Gubici u
magnetskom
kolu
Modelovanje gubitaka
u magnetskom
kolu zahteva
uvažavanje efekata
demagnetizacije u
zoni slabljenja polja
kao i uvažavanje
prirode gubitaka
u gvožđu na vrlo
velikim frekvencijama
rada. Rezultantna
indukcija u vazdušnom
[071]
frekvencije za slučaj nominalnog, maksimalnog
i minimalnog relativnog broja provodnika
energija
gde je kFe konstanta koja zavisi od
geometrije magnetskog kola mašine
i osobina materijala (pre svega
provodnosti) od kog je magnetsko
kolo načinjeno. Pošto je poznata
nominalna snaga gubitaka u gvožđu
PFenom, koja postoji pri nominalnoj
frekvenciji fnom i nominalnom
relativnom broju provodnika anom,
u svakom drugom režimu se mogu
odrediti relativni gubici snage u
gvožđu pFe kao:
(11)
Jednačina (11) omogućuje da
se procene ukupni gubici u
magnetskom kolu. Reference [5,6]
sadrže podrobniju analizu i opisuju
slučajeve kada je magnetsko kolo
načinjeno od limova, kao i slučajeve
kada se magnetsko kolo dobija
sinterovanjem sprašenih legura.
5. Gubici u tranzitorskom
pretvaraču
U trofaznim tranzistorskim
invertorima postoje komutacioni
i kondukcioni gubici. Pad napona
između kolektora i emitera (to jest
drejna i sorsa) može se predstaviti
rednom vezom elektromotorne
sile i dinamičke otpornosti. Ova
dva parametra se mogu dobiti iz
kataloških podataka, to jest sa grafika
IC - VCE koji se može aproksimirati
sledećom funkcijom:
(12)
gde je uCE (t) pad napona na
prekidaču, VCE0 pad napona pri
vrlo maloj struji, rd(θ) - dinamička
otpornost prekidača zavisna od
temperature θ, dok je iCE(t) – struja
prekidača.
Pošto je zavisnost kolektorske struje
IC od napona VCE približno linearna,
invertor se može modelovati
kao redna veza otpornika rd i
elektromotorne sile VCE0. Na osnovu
toga, gubici u invertoru se mogu
predstaviti izrazom :
(13)
pri čemu je Rinvnom nominalna
otpornost invertora, Iseff efektivna
vrednost struje, dok je Isr srednja
vrednost struje mašine.
6. Projektovanje namotaja
statora
Optimalan dizajn namotaja statora
treba da obezbedi minimum snage
gubitaka u sistemu pretvarač-SMSM
u radu sa konstantnom, nominalnom
snagom i to u opsegu brzina obrtanja
od nnom do nmax. Pri tome se smatra
da su sve brzine u datom opsegu
jednako zastupljene u radu. Da bi se
odredila srednja vrednost ukupnih
gubitaka prvo je potrebno odrediti
srednje vrednosti gubitaka pojedinih
delova sistema. Integracijom izraza
za gubitke datih jednačinama (7),
(11) i (13) na intervalu od minimalne
do maksimalne brzine obrtanja, to
jest od minimalne do maksimalne
frekvencije, dobija se izraz za
srednju vrednost gubitaka u funkciji
broja navojaka, to jest u funkciji
parametra a.
(14)
(15)
(16)
Srednja vrednost gubitaka se
izračunava kao zbir izraza (14-16),
to jest kao suma srednje vrednosti
gubitaka statorskog namotaja,
gubitaka u gvožđu i gubitaka u
tranzistorskom invertoru,
(17)
električne energije koriste energiju
plime i oseke, energiju talasa,
energiju vetra, geotermalnu kao i
druge. U velikom broju slučajeva
električna energija se dobija
korišćenjem električne mašine,
elektromehaničkog pretvarača
koji mehanički rad pretvara u
električnu energiju. Budući da je
brzina obrtanja naparava kao što
su vetroturbine vrlo mala, kao i
da praktični razlozi onemogućuju
upotrebu prenosnika za uvećanje
broja obrtaja, neophodno je graditi
električne generatore za male brzine
obrtanja. Sinhrone mašine sa stalnim
magnetima (SMSM) imaju veliku
specifičnu snagu i male gubitke,
pa se generatori u novim vrstama
izvora najčešće realizuju sa stalnim
magnetima. U fazi projektovanja
mašine potrebno je izvršiti
optimizaciju sa ciljem da se postigne
visok stepen korisnog dejstva u radu.
U okviru rada su uzeti u obzir gubici
u namotajima usled skin efekta,
gubici u magnetskom kolu, kao i
gubici u tranzistorskom pretvaraču
preko koga je električna mašina
povezana sa mrežom. Predloženi
pristup projektovanju statorskog
namotaja omogućuje da se ukupni
gubici u sistemu pretvarač-električna
mašina svedu na minimum u opsegu
brzina od interesa. Dalji naučni rad
će biti usmeren ka verifikaciji ovih
rezultata primenom metode konačnih
elemenata uzimajući u obzir razna
zanemarenja koja pri analitičkom
predstavljanju gubitaka nisu data.
Planira se primena i verifikacija na
dva različita prototipa sinhronih
generatora sa stalnim magnetima i
sa redukovanim magnetskim kolom,
načinjenim za vrlo male brzine
obrtanja.
Sve veličine u jednačinama (14),
(15), (16) i (17) su predstavljene u
relativnim jedinicama. Na osnovu
jednačine (17) dobija se grafik
zavisnosti ukupnih gubitaka od
relativnog broja provodnika (a) koji
je prikazan na slici 4.
Na prikazanoj slici se može uočiti
minimum funkcije gubitaka.
Relevantna vrednost parametra
a predstavlja optimalnu vrednost
relativnog broja provodnika. U
datom numeričkom primeru, taj
optimum iznosi aopt = 0.902 odakle
se zaključuje da broj provodnika
statora treba smanjiti za 9.8 % u
odnosu na nominalni
da bi ukupni gubici
Slika 4 Zavisnost ukupne srednje vrednosti snage gubiu sistemu u zadatom
taka od relativnog broja provodnika
opsegu brzina bili
minimalni.
7. Zaključak
Velika specifična
snaga i visok stepen
korisnog dejstva
sinhronih mašina sa
stalnim magnetima
(SMSM) su razlog
njihove široke
primene u savremenim
obnovljivim izvorima
električne energije.
Nove vrste izvora
[072]
energija
8. Literatura
[1] V. Vučković: “Opšta teorija
električnih mašina”, Nauka,
Beograd, 1992.
[2] Dr Jovan Surutka:
“Elektomagnetika”, Elektrotehnički fakultet Beograd, 1975.
[3] G.V. Milovanović: “Numerička
analiza I deo”, Naučna knjiga,
Beograd, 1985.
[4] S. N. Vukosavić: “Električne
mašine”, Elektro- tehnički
fakultet, Beograd, 2010.
[5] J. Pyrhonen, T.Jokinen, Valeria:
“Design of Rotating Electrical
Machines”, 2008 John Wiley &
Sons, Ltd.
[6] D. Mihić, „Analiza gubitaka
snage u SMPM primenjenoj u
sistemu za rekuperaciju energije“,
master rad, ETF, Beograd, 2010.
Dr Miodrag Arsić, Dr Zoran Odanović, Mladen Mladenović,
Zoran Savić, Nebojša Milovanović
Institut za ispitivanje materijala, Beograd
Dr Živče Šarkoćević
Visoka tehnička škola strukovnih studija, Zvečan - Kosovska Mitrovica
UDC: 621.221.001&.004 > 620.1
Kompleksnost izrade projekta
revitalizacije turbinske i
hidromehaničke opreme
hidroelektrana
Sažetak
Projektovanje i puštanje u rad hidroelektrana (HE) obuhvata kompleksne
zadatke. Veliki broj detalja mora biti preciziran, dobro osmišljen, pažljivo
razmotren i koordinisano izvršen u cilju sigurnosti i ekonomičnosti. Ukoliko
se samo neki od njih previde, podcene ili nepravilno sagledaju mogu nastati
značajni problemi. Isto važi i za projekat revitalizacije HE „Đerdap“, na
čijim su hidroagregatima ugrađene vertikalne i horizontalne Kaplan-ove
cevne turbine, nominalne snage 200 MW (6 kom.) i 28 MW (10 kom.),
izrađene u Rusiji. Indentične turbine su ugrađene i na Rumunskoj stani HE.
Ispitivanja opreme i konstrukcija, kao i baze podataka omogućavaju
ocenu njihovog stanje u potpunosti. Na taj način se dobijaju neophodni
podaci za utvrđivanje stanja i uzroka degradacije materijala i zavarenih
spojeva, za ocenu međusobnog uticaja prostornog rada pojedinih delova
opreme, kao i za određivanje funkcionalnosti i pouzdanosti rada pogonskih
sistema i opreme kao celina. Na osnovu naših i svetskih iskustva, stečenih
dugogodišnjim ispitivanjima i utvrđivanjem stanja opreme hidroelektrana,
osnovni uzroci degradacije materijala su zamor, korozija (uključujući eroziju)
i kavitacija.
Nakon ispitivanja i proračuna dobiće se elemenati za ekspertsko
odlučivenje o metologiji koju treba primeniti za revitalizaciju delova
turbinske i hidromehaničke opreme HE „Đerdap“ da bi se poboljšale
njihove tehničke karakteristike, povećala snaga, efektivnost i produžio radni
vek hidroagregata, uz smanjenje troškova eksploatacije hidroenergije.
Ključne reči: projekat revitalizacije, turbinska oprema, hidromehanička
oprema, tehnička dijagnostika
COMPLEXITY OF THE REFURBISHMENT PROJECT FOR
HYDRO POWER PLANT TURBINE AND HYDROMECHANICAL
EQUIPMENT
It`s very difficult to design and put into exploitation a hydro power plant.
Many details have to be taken into consideration, carefully examined
and coordinated in order to reach high level of safety and efficiency.
Significant problems could occur if some of those details get overlooked
or underestimated. The same applies to the project of refurbishment for
HPP `Djerdap`, which hydro-electric generating sets contain vertical and
horizontal Kaplan and bulb turbines, with nominal power of 200 MW (6
pieces) and 28 MW (10 pieces), produced in Russia. Identical turbines are
being used on the Romanian side of the HPP.
Еquipment and structure testing, as well as adequate databases, enable the
evaluation of the state of equipment and structures. That`s how necessary
data for determining the state of material and causes of its degradation, as
well as degradation of welded joints, for the assessment of the interaction of
equipment parts and determination of functionality and reliability of drive
[073]
energija
systems and equipment gets collected. On the basis of experiences collected all over the world through many years
of performing tests and determining the state of hydro power plants equipment, it`s evident that the main causes of
material degradation are fatigue, corrosion (including the erosion) and cavitation.
Tests and calculations form the basis for expert decision-making regarding the methodology to be carried out for
the refurbishment of turbine and hydro-mechanical equipment parts on HPP `Djerdap` in order to improve their
technical characteristics, enhance the power and effectiveness and prolong the lifetime of hydro-electric generating
sets, while lowering the costs of hydro energy exploitation.
Key words: refurbishment project, turbine equipment, hydromechanical equipment, technical diagnostics
1. Uvod
Hidroagregati se sastoje od turbinske
i hidromehaničke opreme. Osnovni
delovi turbinske opreme su: vratilo
turbine sa prirubnicom, radno kolo
(glavčina, lopatice, mehanizmi za
regulaciju), poklopac i oklop radnog
kola, stator, spirala, ležajevi, usmerni
aparat (lopatice, regulacioni prsten),
servomotori, turbinski regulator
(rezervoar hidroakumulatora, uljna
pumpa, hidroulični deo regulatora),
zaptivača, sistem za podmazivanje
(gornji rezervoar, donji rezervoar,
uljna pumpa) i poklopac turbine,
a hidromehaničke opreme: brzi
predturbinski zatvarači, sifonski i
remontni zatvarači.
Naprezanja turbinske i
hidromehaničke opreme, nastala
su u toku izrade delova i montaže
opreme (zaostali naponi), u procesu
obavljanja funkcionalnih zahteva
(stacionarna i dinamička
opterećenja) i u poremećenom Slika 1
procesu eksploatacije
(nestacionarna dinamička
opterećenja). Kada se ovome
dodaju i nepredviđeni
uticaji radne sredine i
eksploatacije (korozija,
erozija, kavitacija) jasno
je da naprezanje pojedinih
delova i opreme u celini ne
može biti izraženo u obliku
jednostavne matematičke
funkcije, odnosno ne može
se u potpunosti predstaviti
modelom u kome se
parametri ravnomerno
menjaju u radnim uslovima.
Iz tog razloga, u svetu se
dugi niz godina sprovode
opsežna istraživanja,
ispitivanja i utvrđivanje
stanja opreme hidroelektrana.
Istraživanja sprovedena
za naše hidroelektrane su
veoma skromna. Jedan broj
istraživanja koja su, između
ostalih, korišćena u realizaciji
ovog rada navedena su u
literaturi / 1-7 /.
Revitalizacija predstavlja
skup teničkioh zahvata
za sanaciju postojeće opreme,
zamenu dotrajalih delova novim,
rekonstrukciju i/ili modernizaciju
zastarele opreme. Da bi se postavili
tehnički uslovi realizacije zadatog
projekta revitalizacije, potrebno
je definisati globalni algoritam
primene dijagnostike ponašanja
i utvrđivanje uzroka degradacije
materijala i ocenu stanja turbinske
i hidromehaničke opreme.
Osnovni cilj dijagnostike i stanja
opreme predstavlja iznalaženje
stvarnog eksploatacionog ponašanja
opreme. Nalaženje i rešavanje
uzroka problema zahteva primenu
numeričko-eksperimentalne
dijagnostike čvrstoće elemenata.
Ovakav pristup treba da omogući
određivanje stvarnog ponašanja
konstrukcije, pouzdanu prognozu
reagovanja konstrukcije u
eksploataciji, dobijanje parametara
izbora i odluka, određivanje
uzroka lošeg ponašanja ili
popuštanja konstrukcije, procenu
eksploatacionog veka i vremena
pouzdanog rada konstrukcije.
Prilikom analize strukture
konstrukcionih celina turbinske i
hidromehaničke opreme neophodno
je podeliti opremu u segmentne
sisteme, grupišući delove prema
dobro poznatim funkcijama, i odrediti
granice sistema. Dalja podela je
na podsisteme koji izvršavaju
funkcije bitne za rad celog sistema.
Komparativni izgled osnovnog
algoritma dijagnostike ponašanja
opreme hidroelektrana prikazan je na
sl. 1. Strukturu čine;
Analiza opreme obuhvata:
literaturu, tehničku dokumentaciju,
bazu podataka iz eksploatacije i
održavanja i tehnička dostignuća
u svetu, kao i ekspertsku ocenu
Osnovni algoritma dijagnostike ponašanja opreme hidroelektrana
[074]
energija
rešenja mogućnosti poboljšanja i
funkcionalno-konstruktivnu strukturu
rešenja;
Ispitivanje opreme obuhvataju:
Vizuelnu kontrolu,funkcionalne
kontrole, defektaže opreme i tehničke
izveštaje;
Funkcionalna merenja obuhvataju:
pogonska opterećenja. geometriju
konstrukcija i delova opreme,
specifična merenja i tehničke
izveštaje.
Numeričke i analitičke metode
proračuna obuhvataju: metodu
konačnih elemenata, analitičke
metode i granične uslove, kao
i statiku, dinamiku i termika,
parametre dijagnostike i zahteve
eksperimentalna merenja.
Eksperimentalne metode obuhvataju:
merenja opterećenja, deformacija,
napona, vibracija i metode sa i bez
razaranja materijala, kao i analize
rezultara merenja i parametre
dijagnostike.
Ekspertska ocena obuhvata:
rekonstrukciju, revitalizaciju,
poboljšanja, kao i metodologiju
sanacije, novu opremu i promena
režima rada hidro jedinice.
2. Ispitivanje opreme
Vizuelno ispitivanje je
najjednostavnije ispitivanje,
ali još uvek nezamenljivo.
Naročito je značajano za vidljive
deformacije delova i elemenata
konstrukcije, posebno zavarenih
spojeva i anti korozione zaštite.
Vizuelno ispitivanje obuhvata:
lokalne deformacije i oštećenja na
konstrukciji i delovima opreme,
nastalim udarima i/ili nepravilnim
korišćenjem, stanje zavarenih
spojeva i stanje čvornih limova sa
zakovicama i zavrtnjevima.
Funkcionalna ispitivanja
podrazumevaju ekspertsko praćenje
rada svih pogonskih sistema i
turbinske i hidromehaničke opreme
na hidro jedinicama.
Defektaža opreme obuhvata
baze podataka svih ranije
revitalizovanih i rekonstruisanih
delove turbinske i hidromehaničke
opreme, koje se mogu koristiti
prilikom generalne revitalizacije.
Defektažne liste treba da budu
urađene po strukturnim celinama,
odnosno podsklopovima, delovima i
elementima mašina i uređaja koji se
podvrgavaju generalnoj revitalizaciji
i rekonstrukciji.
3. Funkcionalna i specifična
merenja
Funkcionalna i specifična merenja
turbinske i hidromehaničke
opreme obuhvataju: funkcionalna
merenja, deformaciona merenja,
geometriisko-konstruktivna merenja
i merenja geometrije ležajeva.
Funkcionalna merenja se odnose
na merenja pogonskog opterećenja
svih pogonskih grupa (struja, napon,
obrtni moment, snaga), hidrauličkih
parametara hidrauličkih sistema,
parametara podmazivanja, itd.
Deformacionim i geometriiskokonstruktivnim merenjima se
utvrđivanje položaja u prostoru
turbinske i hidromehaničke opreme
na hidrojedinicama. Merenja
geometrije radijalnih i aksijalnih
ležajeva, koji predstavljaju glavne
obrtne elemente oslanjanja, su
neophodna jer su hjihovih radne
performanse od funkcionalnog
značaja za rad opreme. Na
turbinskoj i hidromehaničkoj
opremi nalaze se različiti tipovi
radijalnih i aksijalnih ležajeva.
4. Numeričko-analitičke
metode proračuna
Modeliranje i proračun struktura
turbinske i hidromehaničke opreme
primenom metode konačnih
elemenata omogućavaju proračun
kompleksnih konstrukcija i
delova, određivanje stvarne slike
pomeranja i napona, iznalaženje
stvarnog ponašanja konstrukcija i
njenih elemenata u eksploataciji i
određivanje uzroka nefunkcionalnog
ponašanja ili popuštanja konstrukcija
i delova. Prubabilističkog pristup
ocene pouzdanosti omogućuje
procenu vremena pouzdanog
rada konstrukcija i delova, a
parametari mehanike loma procenu
eksploatacionog veka. Navedenim
proračunima dobijaju se elemenati
za odlučivanje o režimima rada
turbinske i hidromehaničke opreme,
sanacijama, rekonstrukcijama,
izboru vrste rešenja konstrukcije i
optimizaciji opreme.
Analizu stanja i dijagnostiku
ponašanja nosećih konstrukcija i
delova turbinske i hidromehaničke
opreme moguće je izvršiti
utvrđivanjem raspodele opterećenja,
membranskih i savojnih napona,
energije deformacije, kao i kinetičke
i potencijalne energije. Za sve
vrste proračuna globalne čvorove
preračunava se ekvivalentni napon.
[075]
5. Eksperimentalne metode
ispitivanja
5.1. Ispitivanja napona i ubrzanja
U zavisnosti od konstrukcije i
karaktera opterećenja turbinske
i hidromehaničke opreme bira se
metodologija ispitivanja-metoda
merenja naprezanja materijala
pomoću mernih traka, merenje
različitim davačima npr. davačima
ubrzanja, momenta, itd.
5.2. Ispitivanja bez razaranja
Ispitivanje bez razaranja čine
metode tehničke dijagnostike
kojima je, uprkos potpuno različitim
fizičkim osnovama, zajednički
cilj otkrivanje skrivenih grešaka u
materijalu, čime se, blagovremenom
zamenom ili popravkom delova
turbinske i hidromehaničke opreme,
predupređuje otkaz sastavnog dela
ili sistema (ispitivanje magnetnim
česticama (MT), penetrantima (PT)
ultrazvučno (UT) i radiografsko (RT).
5.3. Vibrodijagnostika opreme
Vibrodijagnostika turbinske
i hidromehaničke opreme
podrazumeva određivanje
sopstvenih frekvenci opreme,
merenje oscilacija, analiza
vremenskog i frekventnog domena,
dijagnostika oscilacija i procena
nivoa oscilacija, kao i utvrđivanje
trenda pojava anomalija.
5.4. Kontrola zazora na ležajevima
Ukupna istrošenost ležajeva na
delovima turbinske i hidromehaničke
opreme, koje se javlja kao
povećanje zazora, u načelu se može
reći da zavisi od unutrašnjeg prečnika
ležajeva, faktora istrošenja, vremena
istrošenja, radne sredine i od tipa
ležaja.
5.5. Anti-koroziona zaštita
Anti-koroziona zaštita (AKZ)
turbinske i hidromehaničke opreme
treba da ima svojstva prema
standardima ISO i GOST. Merenjem
debljine postojećeg sloja određuje
se način sanacije i površina koja će
time da bude obuhvaćena.
5. 6. Ekspertska ocena stanja
opreme
Osnova revitalizacije opreme
predstavlja sagledavanje
svift fiedostaka u dosadašnjoj
eksploataciji opreme. Revitalizacija
predstavlja skup tenničkkih
zahvata za opremu na kojoj treba
izvršiti sanaciju, rekonstrukciju i/
ili zamenu dotrajalih i oštećenih
energija
delova opreme, kao i
Slika 2
modernizaciju zastarele
opreme (sastavni deo
revitalizacije).
Ciljevi revitalizacije i
modernizacije turbinske i
hidromehaničke opreme
hidroelektrana su:
povećanje pouzdanosti,
raspoloživosti i efektivnosti
hidro jedinica, produženje
radnog veka, povećaje
opterećenja, unificiranje
opreme, smanjenje troškove
održavanja, poboljšanje
tehničkih karakteristika i
tehnoloških parametara,
zamenljivost delova,
poboljšanje uslova rada i
popravka delova.
Dve osnovne procedure na
osnovu kojih se donosi
stav o revitalizaciji i/ili
rekonstrukciji turbinske i
hidromehaničke opreme
opreme su;
٠ Dijagnostika ponašanja
pojedinih delova
opreme u eksploataciji
i njihov međusobni
uticaj na pouzdanost,
raspoloživost i efektivnost
hidrojedinicu;
٠ Utvrđivanje trenutnog
stanja i uzroka degradacije
materijala delova opreme.
Metodologije (metodološki
pristupi) revitalizacije i/
ili rekonstrukcije delova
turbinske i hidromehaničke
opreme hidroelertana
zavise od uzroka
degradacije materijala.
Razlikuju se za oštećenja
nastala usled zamora, korozije,
erozije, kavitacije, kombinacije
nekih od njih i to posebno kod
zavarenih konstrukcija.
6. Utvrđivanje trenutnog
stanja i uzroka
degradacije materijala
Utvrđivanje stanja noseće
konstrukcije i delova turbinske
i hidromehaničke opreme
hidroelertana zahteva
interdisciplinarno znanje iz
različitih područja- mašinstva,
metalurgije, tribologije, fizike i
hemije, kao i učešće eksperata
različitih usmerenja, kao što su
statičari, tehnolozi za zavarivanje,
tehnolozi za površinsku zaštitu,
specijalisti za tenziometrijska i
oscilatorna merenja, specijalista za
Metodologija utvrđivanja i analize stanja nosećih konstrukcija i delova turbinske i
hidromehaničke opreme u cilju revitaliѕacije
ispitivanja bez razaranja i druga
merenja, ekonomske eksperte za
ovu oblast i druge. iz čega sledi
da samo organizovani pristup i
razvijen smisao za timski rad daće
zadovoljavajuće rezultate i pouzdane
odgovore o pouzdanost i trajnosti
opreme.
Prvi korak u utvrđivanju stanja
delova turbinske i hidromehaničke
opreme hidroelertana je formiranje
baze podataka koja bi uključila
svu dostupnu dokumentaciju, kako
grafičku (crteže, skice), tako i pisanu
(počev od ugovora, protokola,
tehničke prepiske u toku proizvodnje
i montaže, atestne dokumentacije,
tehničkog uputstva za rad, kataloga
rezervnih delova, kao i zabeleške
svih većih havarija i/ili intervencija
do početka utvrđivanja stanja.
[076]
Takođe, potrebno je skupiti i sva
dostupna iskustva vezana za rad
opreme i njegovo održavanje.
Na osnovu znanja i iskustava,
eksperti određuju potencijalno mesta
za dodatna specijalistička merenja.
Tehnolozi za anti korozivnu zaštitu
utvrđuju stanje površinske zaštite
(globalno oštećenje i merenje
debljina premaza na određenom
broju karakterističnih mesta) i
utvrđuje okvirnu cenu.
Na osnovu takvih izveštaja vrši
se procena eventualnih oštećenja,
ili strukturne neregularnosti
isagledavaju se mogućnosti
ne samo za sanaciju, već i za
poboljšanja. Predlozi za poboljšanja
najčešće dolaze od samog
korisnika hidroelektrane, koji u
eksploatacionom veku konstrukcije
energija
Na osnovu rečenog, može se
turbinske i hidromehaničke opreme analize koja u sebi sadrži ne samo
ima priliku da uoči sva slaba mesta,
direktne troškove (projektovanje,
zaključiti da je za donošenje odluke
kako funkcionalna, tako i strukturna, izrada ili kupovina gotove robe,
i izrade projekta o revitalizaciji
što revitalizaciju čini uspešnijom.
montaža, zastoji), već i koeficijent
turbinske i hidromehaničke opreme
Analogija sa izvedenim rešenjima
amortizacije koji treba da odgovori
predhodno potrebno definisati
na drugim hidroelektrane takođe
na pitanje o najisplatljivijoj
metode utvrđivanja stanja i uzroka
može poslužiti kao idejno rešenje za
opciji. Moguće je, sa velikom
degradacije materijala određenih
poboljšanje. Predlozi za poboljšanja
verovatnoćom, odgovoriti prvo na
delova opreme i na osnovu izvršenih
mogu biti uzrokovani i opštim
osnovnu dilemu: da li je optimalno
analiza doneti odluku o primeni neke
tehničkim napretkom i novim
izvršiti revitalizovatu, a zatim kojom od postojećih ili novo razvijenih
saznanjima u određenim oblastima,
metodom i u kom obimu i kvalitetu,
metodologija za revitalizaciju, sl. 2.
pre svega nova tehnička rešenja, novi detaljnije uraditi remont u okviru
materijali, itd. Sve veće izmene na
6.1. Baza podataka otkaza
redovnog održavanja i ostaviti ga u
konstrukciji koje zahteva izvođenje
radu (koliko dugo u zavisnosti od
Važne informacije za usavršavanje
poboljšanja, potrebno je analizirati
godine proizvodnje, i uz odluku da
metoda projektovanja nosećih
i sa ekonomskog stanovišta, pa
li će raditi sa ili bez tehnoloških
konstrukcija i delova turbinske
tek onda nastaviti sa tehničkom
i kapacitativnih ograničenja) ili
i hidromehaničke opreme, kao
analizom.
izvršiti rashod, ako se pokaže da su
i za izradu projekta revitalizacije
Nakon procene oštećenja ili
obe prethodne opcije sa ekonomskog postojećih predstavljaju baze
utvrđivanja strukturne nefunkcinosti stanovišta neisplative.
podataka. Takođe, analize oštećenja
potrebno je izvršiti i odgovarajuće
i lomova omogućuju razvoj novih
Jedan od bitnih preduslova za
proračune. Da bi rezultati bili što
tehničkih rešenja i metoda ispitivanja
donošenje kvalitetne odluke
približniji realnim, neophodna je
još u fazi prototipa. Analize oštećenja
je poznavanje, odnosno
pažljiva izrada ulaznog modela.
i lomova u cilju utvrđivanja uzroka
sagledavanje parametara budućeg
Paralelno sa izradom modela
koji do njih dovode, da bi se isti
rada hidrojedinica, po pitanju
sprovodi se i analiza opterećenja,
zahtevanog broja godina garantnog otklonili, predstavlja proces koji
što je jedan od najosetljivijih
roka, kapaciteta, i drugih uslova.
zahteva sistematizovan prilaz
delova proračuna. Za to je potrebno
znaćajno inženjersko
Sika 3 Proces analize oštećenja i lomova nosećih konstrukcija i delova turbinske
iskustvo.
i hidromehaničke opreme hidroelektrana
Na osnovu izlaznog modela
dobijenog proračunom
sprovodi se verifikacija
eksperimentalnim
merenjima, a zatim se
izdvajaju potencijalno
loša ili visoko iskorišćena
mesta koja je potrebno
ponovo ispitati nekom od
pogodnih specijalističkih
metoda. Model se koriguje
sa svim većim izmenama
i poboljšanjima, ako ih
ima, i dokazuje se računska
opravdanost izmena. Radi
lakšeg rada moguće je
koristiti modele delova
opreme koji predstavljaju
konstruktivne celine i tek
na kraju izvršiti spajanje
u model celog agregata
(hidrojedinice).
Nakon računske verifikacije
izrađuju se detaljni planovi
revitalizacije opreme u
zavisnosti od kapacitativnih
potreba. i finansijskih
mogućnosti.
Nakon ovako sagledanog
stanja, izređuju se termin
planova koji će u obzir
uzeti i nabavku delova iz
drugih zemalja, uključujući
i vreme za realizovanje
međunarodnih tendera
i ukupne ekonomske
[077]
energija
problemu, sl.6. Baze podataka
realizovanih ispitivanja i analiza
uzroka otkaza na adekvatnim
nosećim konstrukcijama i delovima
turbinske i hidromehaničke opreme
svih hidroelektrana pružaju velike
mogućnosti za utvrđivanje uzroka
degradacije materijala pri variranju
velikog broja uticajnih faktora, a da
se neki nepoželjni efekti svedu na
podnošljivu vrednost, odnosno da
se realizuje povoljno konstrukcijsko
rešenje kao celine.
Zaključak
Rezultati realizovanih istraživanja,
prikazani u radu, pružaju mogućnost
sagledavanja kompleksnosti izrade
projekata revitalizacije turbinske
i hidromehaničke opreme
hidroelektrana. Da bi se dobile
pouzdanije konstrukcije, kod kojih
su nepoželjni efekti svedeni na
podnošljivu vrednost, odnosno
da bi se realizovala povoljna
konstrukcijska rešenja opreme sa
dužim vekom trajanja neophodna su
opsežna istraživanja.
Brzo i pouzdano projektovanje
nosećih konstrukcija, delove
i elemenata turbinske i
hidromehaničke opreme
hidroelektrana. moguće je ostvariti
isključivo stvaranjem odgovarajućih
baze podataka. Prateći softverski
paketi omogućili bi efikasnije
korišćenje baza podataka, analizu
pojedinih uticajnih faktora,
tehnika poboljšanja, mogućnosti
preventive njihovog razaranja i
pretraživanje varijantnih rešenja u
svim fazama projektovanja i razvoja
i revitaliyacije konstrukcija.
[2] Ohashi, H., 1991, Editor,
Vibration and Oscillation of
Hydraulic Machinery, Avebury
Technical.
[3] Vladislavlev, L.A., 1972,
Machine Vibration of
Hydroelectric Plant, (in Russian),
Moskva.
[4] The Guide to Hydropower
Mechanical Design, ASME
Hydro Power Technical
Committee, HCI Publications,
New edition planned, 2009.
[5] Pejovic S., Profit Management
and Control of Hydropower
and Pump Plants, Proceeding
of the International Joint Power
Generation Conference, Denver,
Colorado, 1997, pp. 539 545.
[6] Pejovic S., Profit On Line
Management and Control of
Hydroplants, IAHR Work Group
on the Behaviour of Hydraulic
Machinery under Steady
Oscillatory Conditions, Chatou,
France, 1997, Paper G2, pp. 10.
[7] Arsić M., Vistać B., Elaborat o
ispitivanju materijala i analiza
loma turbinskog vratila A6 HE
ĐERDAP 2, deo: Analiza loma
turbinskog vratila agregata 6 “HE
ĐERDAP II” Beograd,2008.
Zahvalnost
Zahvaljujemo se Ministarstvu
za nauku i tehnološki razvoj
Republike Srbije za finansiranje
rada na ovoj temi u okviru
projekta EVB: 35002-TR ,,Razvoj
novih metodologija revitalizacije
turbinske i hidromehaničke opreme
hidroelektrana u zavisnosti od uzroka
degradacije materijala“.
Literatura
[1] Angehrn, R., Eckert R., 1990,
Service Life of Horizontal Shafts
in Low Head Turbines under
Corrosion FatigueIAHR 15th
Symposiym,Balgrade.
[078]
energija
mr Tanja Manojlović, dipl.maš.inž
FC Proizvodnja, Tehnički sektor, EPCG A.D.Nikšić
Prof. dr. Miodrag Bulatović
Mašinski fakultet u Podgorici
UDC: 621.221.018.004.15
Reinženjering hidromašinske
opreme u HE“Perućica“
1. Uvod
1.1 Reinženjering
Reinženjering ne predstavlja puku
automatizaciju, popravljanje i
marginalne promjene već radikalne
akcije i inovacije usmjerene
ka proizvodnim procesima,
proizvodima, tehnologiji i drugim
oblastima.Glavni cilj reinženjeringa
je optimizacija efikasnosti i
efektivnosti, pa postoje četiri
dimenzije reinženjeringa koje se
unapređuju, kroz zadovoljavenje
sledećih zahtjeva:
• smanjenje troškova,
• unapređenje kvaliteta,
• povećanje proizvodnje i
• povećanje brzine rada.
Reinženjering na nivou preduzeća
podrazumijeva korjenite promjene na
gotovo svim organizacionim nivoima.
Ovaj reinženjering nastaje usljed
potrebe da se preduzeće prilagodi
određenim zahtjevima ili da se, pak,
uspješnije tržišno pozicionira u odnosu
na konkurente. Radi se o nastojanju
preduzeća da kroz promjene svojih
ciljeva i strategija i kroz tehnološku
kompetentnost iskoristi šanse i
mogućnosti i dođe na bolju lokaciju
koja daje prednost i više odgovara
potrebama preduzeća.
Ostvarene performanse treba da budu
mjerljive kvalitativno i kvantitativno
iskazane. Nemjerljive performanse
nije moguće realno prikazati i
unapređivati.
Mjerljivi iskazi performansi
pojedinih procesa su: prihod,
troškovi, satisfakcija, prilagodljivost.
Mjera materijalnih procesa su
produktivnost, ekonomičnost,
rentabilnost.
Sažetak
Rad se bavi reinženjeringom opreme koji je u HE“Perućica“ urađen
u periodu 2005. do 2008. godine u cilju boljeg iskorišćenja vode kao
obnovljivog izvora energije. HE”Perućica” raspolaže sa 7 agregata, ukupno
instalisane snage 307MW, koji su pušteni u rad u periodu između 1960.
i 1976. godine. Samim tim nastala je potreba rješavanja problema zamjene
i popravke dotrajalih dijelova, kao i podizanja nivoa tehničke opremljenosti
objekata mjernom, regulacionom i komunikacionom tehnikom radi obezbjeđenja
kontinuiteta u eksploataciji vodotoka Gornja Zeta i akumulacionih jezera.
Uvođenje I faze modernizacije omogućilo je ovom postrojenju bezbjedniji
pogon i pogonsku elastičnost u ispunjavanju zahtjeva koje elektroenergetske
situacije postavljaju pred HE “Perućica”. Efekti izvedenog reinženjeringa i
uticaja na povećanje energetske efikasnosti dati su u daljem radu.
Ključne riječi: Reinženjering, obnovljivi izvori energije, hidromašinska
oprema, energetska efikasnost,
REENGINEERING OF HYDROMECHANICAL EQUIPMENT IN
HPP “PERUĆICA”
The work deals with the reengineering of equipment that is done in HPP
“Perućica” in period from 2005 until 2008 in order of better water
utilization as a renewable source of energy. HPP “Perućica” has 7 units,
with total installed capacity of 307MW, which were put into operation
between 1960 and 1976. Therefore appeared a need to solve the problem
of replacing and repairing of worn out parts, as well as raising the level
of technical equipment of the facilities with metering, regulation and
communication technology in order to ensure continuity in the exploitation
of Upper Zeta water flows and reservoirs. The introduction of modernization
Phase I has enabled safer power plant operation and operational flexibility
in meeting the requirements placed on the power situation of HPP
“Perućica”. Effects of accomplished reengineering and its impact on energy
efficiency are given in future work.
Key words: Reengineering, renewable source of energy, hydro-mechanical
equipment, energy efficiency.
1.2.Hidromašinska oprema
Hidromašinska oprema je mašinska
konstrukcija koja radi pod pritiscima
od nekoliko metaraVS, pa do
nekoliko stotina metara kada se
radi o velikim hidroenergetskim
i hidrotehničkim objektima.
[079]
Konstruiše se i proračunava sa
velikim stepenom sigurnosti i sa
velikom dugotrajnošću koja može
biti od 25 – 50 godina. Kao element
u eksploataciji, hidromašinska
oprema treba da osigura
eksploatacione karakteristike koje se
zahtijevaju i zašto je projektovana,
energija
kada radi ili potpuno automatizovana
ili uz učešće živog rada i pri tome
da zadovolji tri osnovna uslova:
ekonomičan, dugotrajan i siguran
rad.
2. HE“Perućica“
1.1 Osnovna koncepcija
HE”Perućica”
HE”Perućica”se nalazi na rijeci
Zeti u središnjem dijelu Crne Gore,
udaljena oko 35km od Podgorice,
21km od Nikšića i 15 km od
Danilovgrada. Projekat Perućica
je realizovan zahvaljujući izuzetno
pogodnim hidro – topografskim
karakteristikama sliva rijeke Zete.
Akumulacije i kanali se nalaze u
Nikšićkom polju, dijelu gornjeg sliva
Zete, oko 550m iznad donjeg sliva
Zete.Koncepcija HE”Perućica” data
je kao pregledna karta sistema (sl.1)
Tri brane sa prelivnim objektima i
zatvaračnicama koje su podignute
za potrebe hidroelektrane su
izrađene u I i II fazi izgradnje
HE“Perućica“. Voda za proizvodnju
električne energije se obezbjeđuje
kombinovanjem prirodnih
tokova (uglavnom iz rijeke Zete)
i iz akumulacija ili samo iz
akumulacija.U tabeli br.1.podaci o
akumulacijama.
Iz akumulacija voda otvorenim
kanalom protiče kroz Nikšićko
polje do Ulazne građevine, odakle
se kroz dovodni tunel prečnika
Ø4,8m, dužine 3254m dovodi do
vodostanske zatvaračnice. Tunel
se završava vodostanom, a iza
njega trokrakom čeličnom račvom i
vodostanskom zatvaračnicom (sl.3).
U zatvaračnici su na svakom
kraku račve ugrađeni po jedan
ručni i jedan automatski leptirasti
zatvarač, odnosno u svakoj fazi
izgradnje korišćen je po jedan
krak račve za ugradnju leptirastih
zatvarača i cjevovoda, za dovod
vode novougrađenim turbinama.
Cjevovovi su slobodno položeni
duž trase (sl.2) od zatvaračnice do
mašinske zgrade. Ukupna dužina
prvog cjevovoda iznosi 1851m,
drugog 1883m, a trećeg 1930m. Na
prelomnim tačkama cjevovodi su
ankerisani na betonske blokove, a
između njih leže preko potpornih
prstenova na potporama, sa
razmakom od 10m.
Na cjevovodima su ugrađene
dilatacije, koje omogućavaju
izduženje odnosno skraćenje cijevi
pri promjenama temperature. Za ulaz
u cijev duž cjevovoda predviđeni su
na više mjesta revizioni otvori sa
poklopcima.
Na kraju I cjevovoda u prostoru
račve odvajaju se četiri odvodne
cijevi Ø1000mm prema I i II
agregatu.
Na kraju II cjevovoda u prostoru
račve odvajaju se šest odvodnih
cijevi Ø1000mm prema III i IV i V
agregatu.
Na kraju III cjevovoda u prostoru
račve odvajaju se šest odvodnih
cijevi Ø1200mm premaVI,VII i VIII
agregatu.
2.2. Oprema HE“Perućica“
Glavnim projektom iz 1960.godine
predviđena je elektrana sa 8 agregata
po 40MVA(turbine snage 38 MW)
sa izgradnjom u tri faze: I faza – 2
agregata, II faza - 3 agregata, III
faza - 3 agregata
U toku izgradnje praktično su I i II
faza bile spojene, tako da je elektrana
od 1962. godine u pogonu sa 5
agregata od po 40MVA tj.ukupno
200MVA.
Tokom 1970.godine donijeta je
odluka da se prisupi izgradnji
III faze, a na osnovu podloga
isporučioca opreme posebnom
studijom je utvrđeno da se na istom
prostoru mogu ugraditi agregati veće
snage(turbine 60MW, generatori
65MVA), koji će imati instalisani
protok 12,75m3/s. Time bi treća faza
bila ostvarena sa 2 , umjesto ranije
Slika 1 Pregledna karta sistema
Slika 2 Dovod vode iz akumulacije
predviđena 3 agregata. Posljednji
osmi agregat bi, takođe, imao snagu
65MVA.
HE“Perućica“raspolaže sa 7
agregata ukupno instalisane snage
307MW. Svih 7 postojećih agregata
čije su karakteristike date u tabeli
sadrže generatore sa horizontalnom
osovinom. Turbine su dvostruke
Peltonove sa horizontalnim vratilom,
po jednim obrtnim kolom na svakom
kraju generatorskog
Tabela 1 Podaci o akumulacijama
Tabela 2 Podaci o cjevovodima
vratila i
po jednim
mlaznikom
po kolu za
agregate
I-V
i
po
dva
mlaznika
po
kolu za
Slika 3 Akumulacije i dovodni organi HE“Perućice“
agregate VI-VII.
3. Reinženjering HE
Perućica
3.1 Potreba za reinženjeringom
Izgradnja hidroenergetskog
sistema je počela 1953. godine, pri
čemu je prihvaćen radni model
izgradnje po fazama prvenstveno
zbog ograničenja u finansijskim
[080]
energija
Slika 4
HE”Perućica”
Slika 5 Mašinska sala HE „Perućica“
sredstvima, a dijelom i zbog
složenosti, tehničke komplikovanosti
i dugotrajnosti gradnje. Posmatrajući
samo vremenski, možemo konstatovati
da su se agregati izgrađeni u prvoj
i drugoj fazi nalazili u
kontinualnom pogonu
više od 40 godina,
kao i većina objekata
bitnih za funkcionisanje
hidroenergetskog sistema.
Samim tim, modernizacija
i djelimična rekonstrukcija
mašinskih i elektro
dijelova bila je potrebna
radi pouzdanijeg rada
posrojenja,bezbjednijeg
pogona, pogonske
elastičnosti u ispunjavanju
zahtjeva koje
elektroenergetske situacije
postavljaju pred HE “Perućica”, kao
i optimalnog iskorišćavanje vodnih
resursa koji joj stoje na raspolaganju.
Svaki od prva 4 agregata ima po 2
predturbinska kuglasta zatvarača
prečnika 1000 mm, koji imaju
zaštitnu ulogu za agregat.
Zatvarači su bili dotrajali, (sl.6)
i mnogi njihovi dijelovi su bili
pohabani od dugotrajne upotrebe.
Zbog toga se predviđalo sledeće:
zamjena (popravka) dotrajalih
dijelova (zaptivnih obruča i
manžetni), zamjena kompletnog
postojećeg sistema upravljanja
zatvaračem, izbacivanje sistema
za pripremu ulja pod pritiskom,
ugradnja uređaja za sprečavanje
samopobudnih oscilacija kuglastih
zatvarača . Izvršni organi turbinskih
regulatora (mlaznice sa iglama,
odrezači mlaza i kontramlaznice)
pokretani pomoću svojih
servomotora su se radom istrošili.
Igle, mlaznice (sl.7). i odrezači mlaza
su oštećeni usljed kavitacije. Igle
nisu mogle da zatvore potpuno, pa se
na njima javljalo veliko procurivanje,
a na ležištima osovina odrezača,
igala i drugih pokretnih dijelova
dolazilo do povećanih zazora .
S obzirom na stanje turbinske
regulacije (sl.8), koje se, između
ostalog, odnosilo na osjetljivost i
neravnomjernost odziva regulatora
na impulsne komandne signale,
smatralo se da se agregat sa ovakvim
stanjem turbinske regulacije ne
može uvesti u sistem sekundarne
regulacije učestalosti i snage
razmjene.
Osim toga, cjelokupno stanje
hidromašinske opreme, a posebno:
• nepravilan rad preklopnog ventila
glavne i pomoćne pumpe,
• loše stanje cijevi i miješanje ulja i
vode,
• neispravan rad sigurnosnog klatna,
• stanje upravljačkih ventila
kuglastih zatvarača i njihov
nepouzdan rad,
• neispravan rad kočionih mlaznica,
• loše zaptivanje,
• nepovoljan odnos položaja
servomotora odrezača i igala,
ukazivali su na neophodnost
rekonstrukcije, odnosno zamjenu ove
opreme. Veliki broj karakteristika
koji su se odnosili na mašinske i
elektro dijelove opreme morali su
se dotjerati i poboljšati da bi se
iskorištenost postrojenja dovela do
zahtjevanog nivoa.
Slika 7 Mlaznica sa iglom
Slika 8 Turbinski regulator
Tabela 3 Podaci o agregatima
Slika 6
Kuglasti zatvarač
[081]
3.2 Sprovođenje reinženjeringa
Sprovođenje reinženjeringa počelo
je projektnim
zadatkom (sl.9),
koji je sastavni dio
Idejnog projekta,
od projektne
dokumentacije
je zahtjevano da
zadovolji sledeće
uslove:
• datim rješenjima
da obezbjedi osnovu
energija
Slika 9 Proces reinženjeringa hidomašinske opreme HE “Perućica”
za nesmetan rad elektrane u sistemu
automatske regulacije snage sa
odzivom elektrane unutar zadatih
ograničenja.
• da predviđenu dogradnju i
rekonstrukciju bazira na potrebama
normalnog pogona modernizovane
elektrane sa sedam agregata, vodeći
računa o kasnijoj nesmetanoj
dogradnji i uključivanju u pogon
osmog agregata HE “Perućica”.
Osnovni zahtjevi za rekonstrukciju
opreme I i II faze HE „Perućica“
bili su da se rekonstruišu
agregati na taj način da se
omogući njihovo automatsko
pokretanje i zaustavljanje., a to je
podrazumijevalo sledeće:
• Zamjena kompletnog sistema
upravljanja zatvaračem, tj. uvodi
Slika 10 Rekonstruisan kuglasti zatvarač upravljačka jedinica
se nov sistem pogona:otvaranje
zatvarača uljem pod pritiskom,
a zatvaranje pod pritiskom vode
iz cjevovoda (pritisak ulja za
otvaranje zatvarača je 4Mpa).
• Predvidjeti rekonstrukciju kuglastih
zatvarača kako bi se isti uklopili
u automatski proces pokretanja i
zaustavljanja.
• Izbacivanje postojećeg sistema za
pripremu ulja pod pritiskom , a za
otvaranje KZ će se koristiti ulje
pod pritiskom od 4MPa iz sistema
turbinske regulacije
• Turbine treba da rade mirno bez
udara i vibracija pri svim uslovima
ostvarujući, pri tome, predviđenu
snagu i stepen korisnosti i u tom
cilju treba predvidjeti uređaj za
permanentno mjerenje i kontrolu
Slika 11 Pogon KZ
[082]
vibraciju pojedinih
sklopova agregata.
• Turbine treba opremiti
elementima potrebnim
za automatski rad, kao
što su: krajnji prekidači,
elektromagnetni ventili,
termostati, monostati,
davači položaja.
• Podmazivanje ležišta
treba da bude sigurno i
automatsko, uz indikaciju
rada i signalizaciju pri
svim stanjima okretanja
vratila. Uređaj radi
potpuno automatski i
biće uključen u proces
automatskog puštanja i
zaustavljanja agregata
• Sve pomoćne pogone
koji ulaze u proces
automatskog pokretanja
i zaustavljanja (startne
pumpe za podmazivanje
ležišta, priprema
regulatorskog ulja,
kočenje agregata,
sinhronizacija
• agregata, sistem
rashladne vode i drugo)
rekonstruisati tako da
mogu besprijekorno raditi u uslovima
automatizacije.
• Predvidjeti zamjenu kompletne
turbinske regulacije.
3.3. Reinženjering postojeći
opreme
Program modernizacije obuhvatio
je sve potrebne radove (pa time i
investicije) koji su neophodni za
kompletnu modernizaciju procesa
u hidroelektrani, radi dovođenja
kapaciteta u nivo pogonske
spremnosti koji će omogućiti i
garantovati efikasno uključivanje
ove hidroelektrane u jedinstveni
tehnički sistem upravljanja.
Modernizacija je pretpostavila i
rekonstrukciju (osavremenjivanje)
hidromašinske i elektro opreme,
sistema telekomunikacije i uvođenje
integralnog informacionog sistema
Slika 12 Hidraulična upravljačka jedinica
energija
Slika 13 Turbinski regulator
Tabela 4 Tabelarni prikaz pogodnosti održavanja nove opreme
modernizacije ugrađen je novi
digitalni turbinski regulator (sl.13),
baziran na mikroprocesorskoj
programabilnoj jedinici. Upravljački
magnetski ventili i svi elementi
automatike su novi. Novi hidraulički
elementi su izabrani po principu koji
omogućavaju najveću pouzdanost u
radu. Turbinski regulator uključuje
upravljanje tlačnog uređaja
regulatora i upravljanje pomoćnih
pogona turbine i kuglastih zatvarača.
Za pogodnost održavanja
novougrađene hidromašinske
opreme značajno je navesti
karakteristike same novougrađene
opreme sa stanovišta održavanja.
Tehnologičnost, dijagnostičnost
i obnovljivost kao komponente
pogodnosti održavanja date
su u Tabeli 2.15., za svaki
dio hidomašinske opreme.
Novougrađena oprema je lakša,
jednostavnija i jeftinija za
održavanje, jer savremena rješenja
podrazumjevaju tipizovane ugrađene
dijelove, samopodmazujuće djelove,
djelove kojima je olakšan pristup,
jednostavnija montaža i demontaža.
4.4 Efekti reinženjeringa –
povišenje gotovosti
Efektivnost agregata A1 iskazuje se
preko gotovosti sistema. U radu je
dat proračun samo za Agregat 1.
Gotovost sistema računa se po
sledećoj formuli:
koji su trebali da obezbjede relativno
pouzdan rad elektrane u sljedećem
amortizacionom vijeku opreme,
tj. da produži eksploatacioni vijek
elektrane, čiji su izvjesni objekti i
oprema u kontinuiranom radu od
1960. godine.
Stari kuglasti zatvarač je u fabrici
rastavljen, očišćen pjeskarenjem,
kućište i tijelo ispitani metodom
bez razaranja materijala
(magnetofluks i ultrazvuk),
ispravljen zavarivanjem gdje je
to bilo potrebno, ponovo ispitan i
zaštićen premazom (sl.10).
Na mjesto predhodnog servomotora
sa zupčastim pogonom stavljen je
novi nosač servomotora sa ručicom,
koja je spojena sa klipnjačom
servomotora i tako omogućuje
pokretanje tijela zatvarača.
Servomotor zatvarača (sl.11).
je izrađen tako da omogućuje
dva pogonska medija - vodu i
ulje. Ugradnjom samo jednog
servomotora smanjeni su gabariti
pogona i broj pokretnih djelova i
posledično troškovi održavanja.
Svi dijelovi su izrađeni od
samopodmazajućeg materijala
što dodatno smanjuju troškove
održavanja, a dijelovi u dodiru sa
vodom su od nerđajućeg čelika.
Hidraulička upravljačka jedinica
(sl.12) obuhvata elemente koji
upravljaju igle i odrezače prema
nalozima iz digitalnoga regulatora.
Tu su uključeni proporcionalni
ventili za automatsko – kontinuirano
upravljanje igala ili odrezača i
elektromagnetski ventili za ručno
ili impulsno automatsko upravljanje
igala i odrezača. Svi ventili su
ugrađeni u hidrauličke blokove što
bitno smanjuje cjevno povezivanje.
U okviru rekonstrukcije i
[083]
Pri čemu je:
G (t ) – gotovost sistema,
t r − vrijeme koje je sistem proveo u
radu,
t z − vrijeme koje je sistem proveo
u zastoju.
Operativna gotovost sistema računa
se po sledećoj formuli:
Pri čemu je:
O
G – operativna gotovost sistema,
Tr − vrijeme koje je sistem proveo
u radu,
energija
TZO − zastoji u funkciji održavanja,
TPZ − zastoj agregata zbog prorade
zaštita,
TRNJ − zastoj agregata zbog remonta
i njege,
TO − zastoj agregata zbog otkaza.
Upoređujući koeficijente operativne
gotovosti i gotovosti agregata prije
i poslije reinženjeringa, izračunatih
na osnovu podataka iz Godišnjih
izvještaja o radu HE“Perućica“može
se primjetiti znatno povećanje datih
koeficijenata.
4. Zaključci
1. Reinženjering hidromašinske
opreme HE „Perućica“ urađen
je iz opravdanih razloga za
reinženjeringe, a to su: umanjena
i nepouzdana radna sposobnost,
nedostaci po pitanju sigurnosti
rada, različit nivo tehničko –
tehnološke zastarjelosti.
2. Postizanje funkcije cilja je
olakšano i činjenicom da je
novougrađena oprema pogodnija,
jednostavnija i jeftinija za
održavanje, jer savremena rješenja
podrazumjevaju tipske ugrađene
djelove, samopodmazujuće
djelove, djelove kojima je olakšan
pristup, jednostavnija montaža i
demontaža, što se definše pojmom
povećane pogodnosti održavanja.
3. S obzirom da je novougrađena
oprema bitno drugačija od one
koju je zamijenila, ne mogu
se primjenjivati metode rada i
održavanja, koje su postojale u
vrijeme korišćenja prethodne
opreme. Da bi se rukovalo
novougrađenom opremom,
potrebno je osim preporuka
proizvođača za rad i održavanje
opreme i stalna usavršavanja
zaposlenih zaduženih za
odgovarajuću opremu.
4. Uspješnosti u rukovanju i
održavanju novougrađene opreme
doprinosi i snabdjevenost opreme
instrumentima za permanentnu
dijagnostiku kojima se u svakom
trenutku može konstatovati stanje
opreme koja je ugrađena u procesu
reinženjeringa HE „Perućica“.
5. Pogonska spremnost agregata
najbolje se ogleda u činjenici
da je HE“Perućica“u 2010.
godini umjesto predviđenih
957.000.000 kWh, proizvela
1434.894.850kWh.
Literatura
[1] Bulatović, M., Održavanje i
efektivnost tehničkih sistema,
Mašinski fakultet u Podgorici,
2008.
[2] Bulatović, M., Gotovost
i proizvodnost u funkciji
strukture sistema i održavanja,
“Univerzitetska riječ”, Nikšić,
1991.
[3] Ristić, B., Hidromašinska
oprema, “Naučna knjiga ”,
Beograd, 1996.
[4] Tehnička dokumentacija
Projekta Rekonstrukcije i
Modernizacije HE“Perućica“,
Izvještaj o ispitivanju turbinske
regulacije agregata od A1 – A5 u
HE“Perućica“, Institut „Nikola
Tesla“iz Beograda i Litostroj iz
Ljubljane
[5] Tehnička dokumentacija Projekta
Rekonstrukcije i Modernizacije
HE“Perućica“
[6] Tehnička dokumentacija
HE“Perućica“, Godišnji izvještaji
o radu HE“Perućica“
[7] Tehnička dokumentacija Projekta
Rekonstrukcije i Modernizacije
HE“Perućica“, Obnova agregata
A1, A2, A3 i A4, Projekat
izvedenog stanja, MAPA 2,
Mašinski dio
[8] Manojlović, T., Održavanje
u funkciji reinženjeringa
hidroenergetskih postrojenja,
magistarski rad, Mašinski fakultet
u Podgorici, 2009.
[084]
energija
Darko Babunski, Emil Zaev, Atanasko Tuneski
Ss. Cyril and Methodius University – Skopje, Faculty of Mechanical
Engineering – Skopje, Skopje, Macedonia,
UDC: 621.224.011:62-5
Design of Robust control
law for Hydroturbine and
SCADA simulation
1. Introduction
The requests of simulation model of
hydraulic power plants (HPP) are,
to assure large transient stability
program simulation, isolated system
operation, system restoration after
brake up, load rejection, load
acceptance, water hammer dynamics
and optimal speed control. In this
paper linear models are used for
simulation of hydraulic plants for
which Robust control law was
designed. Comparison with nonlinear models are made which are
required where speed and power
changes are large, such as in
islanding, load rejection and system
restoration studies although there
are great difficulties designing good
governor of hydraulic turbines,
because the hydraulic turbine is
highly non-linear device which
characteristics vary significantly
with the unpredictable load on the
unit. Such nonlinearities make the
governor design a nontrivial task
because governors designed for
one operating condition may not
work at all under other conditions.
Because of that robust control law
is designed, allowing the system
hydraulic turbine-governor to work
satisfactory at all working conditions,
not only around working point. The
significance of robust control design
is to show how to overcome some of
limitations of conventional governor
design methods.
In the end, a SCADA program for
simulation of proposed control is
created. This program is create using
NI Lookout and simulates the work
of a real plant and gives visualisation
of the step response. The acquisition
Abstract
There are great difficulties designing good governor of hydraulic
turbines, because the hydraulic turbine is highly non-linear device which
characteristics vary significantly with the unpredictable load on the unit. In
this paper linear models are used for simulation of hydraulic plants for which
Robust control law was designed, allowing the system hydraulic turbinegovernor to work satisfactory at all working conditions, not only around
working point. Comparisons with non-linear models are also made. In the
end, a SCADA program for simulation of proposed control is created. This
program is create using NI Lookout and simulates the work of a real plant
and gives visualization of the step response.
Key words: Hydraulic turbine, Monitoring, Plant Control, Robust Control,
simulation.
Projektiranje Robustnog upravljanja hidro turbine i
SCADA simulacija Hidro Elektricne Centrale
Kada se dizajnira upravljanje hidroturbina, javljaju se velike poteskoce
zbog toga sto hidroturbina je nelinearna postrojka i njene karakteristike
variraju u velikoj meri sa nepredvidivim opterecenjem mreze. U ovom clanku
prezentovani su linearni modeli za simuliranje hidropostojke i procedura
projektiranja robustnog upravljanja, koje omogucava zadovoljavajuce
ponasanje hidropostrojke u svim radnim uslovima, ne samo u izabranoj
radnoj tacki. Uporedna analiza sa nelinearnim modelima je uradjena. Na
kraju kreirana je SCADA aplikacija za simuliranje predlozenog upravljanja.
Izvedena je pomocu NI Lookout aplikacije i simulira rad realne hidropostojke
i vizuelizira nekoliko vaznih parametara.
Ključne reci: Hidroturbina, Monitoring, Upravljanje, Hidropostrojka,
Robusno upravljanje.
of data is not provided from a real
system but from virtual graphical
objects and expressions which are
developed from previously made
simulations in Matlab.
2. Design of optimal robust
control law
To design an optimal governor which
is capable of providing stability
and performance for the turbine
operating under a wide range of
load conditions, robust control
[085]
methodology should be utilized.
By robustness it is presumed the
ability of the governor to provide
satisfactory stability and optimal
performance to the hydro turbine
over a wide range of operating
conditions. The optimality refers to
minimisation of properly designed
cost function in the control system.
In the process of design most
important is to model nonlinear
behaviour of the turbine and use that
model for robust control design. The
design approach has following steps:
energija
Fig. 1 - Block diagram of hydro prime mover and control
the entire system operating range.
The relative modelling errors among
the transfer functions are:
(2)
The nominal transfer function should
be the one that gives the overall
smallest modelling error, which
is the linear transfer function. The
uncertainty bound can be represented
as unstructured multiplicative
uncertainty:
(3)
modelling the turbine nonlinearities
using uncertainty model principle,
synthesis of optimal robust control
by taking into account uncertainties,
perform model reduction of the
resulting controller for easy
implementation and verifying design
by time-domain simulations. The
power of the turbine is a function
of the wicket gate opening c , water
head h and rotation speed of the
turbine ω. Also the water flow q is
a function of the wicket gate opening
c , water head h and rotation speed
of the turbine ω, which is shown in
equation 1 [6]:
(1)
for given operating condition
equation 1 can be linearized as
partial derivatives which depends
from the operating conditions of the
turbine, and from the load of the unit.
Their values are obtained from model
acceptance measurements for some
representative operating conditions
of the system. To investigate how
extensive model varies with the
system operating conditions, Bode
plots of the entire system are shown
in figure 2, for three representative
conditions, and for linear model from
equation 1.
From figure 2 easily can be noticed
that the frequency responses of
the four transfer functions are
very similar even though their
parametric models are different.
These similarities in frequency
domain suggest that can be selected
single transfer function as the
nominal transfer function of the
system, and represent other transfer
functions as variations around this
nominal transfer function as model
uncertainties. The advantage of this
approach is that the optimal robust
controller can be easily designed for
Fig. 2 - Bode plots of transfer functions
The system model with the
uncertainty bound is:
(4)
The relative modelling errors using
nominal transfer function are shown
in figure 3
The robust control system strategy
is to design controller based
on the nominal system transfer
function with the defined maximum
uncertainty bound, so that the desired
performance is achieved for all
system models. This controller can
be designed using mixed sensitivity
optimisation techniques.
For robust stability analysis, the
controller should be chosen such that
the following inequality is satisfied:
(5)
which is known as the Small Gain
Theorem [6].
In robust controller design, the
design specifications are usually
converted to appropriate weighting
functions. These weighting functions
are then combined with the closed
loop system transfer function. Three
weighting functions have been used
in the design process. The robust
controller design can be formulated
as the following minimisation
problem, also known as the Mixed
Sensitivity Optimal H ∞ design:
(6)
In the process of design of the
controller equation 8 means to
find a stable controller so that the
[086]
energija
For model reduction it is used Shur
BST-REM model reduction, which
provide analytic bound on the worst
approximation error in terms of twice
the sum of the singular values of the
eliminated dynamics. The reduced
order controller is:
Fig. 3 - Uncertainty bound
(8)
The frequency response of full
order and reduced order controller is
compared in figure 4.
3. Scada application for
simulation made in
lookout
The SCADA application for control
of the hydropower plant is made in
Lookout and has form of enclosed
logical parts of the process displayed
on individual control panels used
for supervisory control, so that the
operator can see the whole part of the
process. There are around 10 control
panels presenting the main processes
in HPP: The main control panel,
control panels of separate units, the
hydraulic aggregate control panel
and etc. Control structure of the
SCADA application is in pyramidal
form. On the top there is so called
Main Panel, which conveys the basic
information to the operator in normal
operation conditions. From this panel
the operator can go further to the
panels which represent particular
power units. Main structure of
SCADA application is shown in Fig.
9 [2]
Fig. 4 - Comparison of full and reduced order controllers
maximum value of three weighted
functions is minimised, and the
equation 3 is satisfied. The key
problem in any Mixed Sensitivity
H ∞ design is how to choose
appropriate weighting functions,
such that the closed loop system
obtained by solving two algebraic
Riccati equations, using MATLAB.
The order of the resulting controller
is equal to that of the system and
three weighting functions, in this
case of eight order (4+2+1+1=8),
given in equation 7
(7)
meets the design specifications.
One of the unique features in the
optimisation given in equation 4
is that the resulting cost function
always turns out to be flat over the
frequency band of interest
The solution to the optimisation
problem in equation 6 can be
The controller is obviously
too complicated for a reliable
implementation in practice. Because
of that must be obtained reduced
order model, which involves
approximation of a high order system
by a low one, and because of that the
resulting controller is sub-optimal.
[087]
3.1 Connecting of control
objects with expressions and
developing output signals
One has to have in mind that this
SCADA application for simulation
does not have contact with real
system (Fig. 5). All parts of real
system which is here represented
are presented with virtual objects.
Objects between themselves are
connected with expressions but
everything functions according
to real algorithms. Objects that
produce control (output) signals can
be: potentiometers, switches, push
buttons. Those signals represent
inputs in expressions which produce
visual output in different forms:
numerical (with numbers), logical
(with graphical objects) or textual
(textual message). In this way we
make programming [5].
energija
Fig. 5 - Input and output signals in a SCADA program for
simulation
Fig. 6 -Main panel of the SCADA application for
simulation
Fig. 7 - Control panel of the unit 1
3.2. Main panel
The main panel of the SCADA
application represents the top of
the SCADA application and it
is a starting panel for particular
panels representing
particular power
units and their
respective processes.
The main panel is
shown in Fig. 6.
With the help of
pushbutton objects
on the left side
we can select a
particular unit, and
go further into the
controlled process
to see details of the
selected unit. In this
panel are shown
also basic values
which are important
for the running the
particular unit and
the operator can
control the power
by increasing or
decreasing its value,
or can stop any of
the power units.
From the main panel,
SCADA application
branches out to
five fundamental
branches of the
process shown in the
Fig. 9.
3.3. Control
structure of units
The whole
software is made
in Macedonian
language and
Cyrillic letters.
Particular parts
of the process are
represented with
graphical objects
in order to help the
operator in everyday
use of the SCADA
application. Objects
with their animations
and changes of the
graphical states show
operating states of
some important parts
of that unit. If there
is need to go further
in the process than
that can be done with
pressing the buttons
which activate
particular panels, and the operator
can see controls of that particular
level. From here he can turn on or off
the unit or change the way of how
it works, from automatic to manual.
Every operator has his user name
and password with which it is set
[088]
the number of control actions he can
make. In this way it is possible to
improve security and to define who
has responsibility to switch off/on
some particular parts. In Fig. 7 we
can see control structure of the unit.
3.4. Hydraulic aggregate of the
turbine controller
When we choose the button Turbine
Controller from the control panel
of the unit we can enter the control
panel of the turbine controller and
monitor and control its work (Fig.
8). For example when we begin
the process of starting the unit we
can clearly see which elements are
under pressure, which valves are
open/close, if they are open/close
on time, if they follow the defined
order … in other words we can see
if the controller function according
to the defined operating algorithms.
Controls can be made with pushing
control buttons, for example from
this panel we can close the turbine
valve and immediately stop the
work of the plant. The change of
the status of particular elements is
notice with colors: for turning on
the solenoid of the proportional
valves, for turning on some switch,
for pipe and elements under pressure
– they are marked with red color,
and opposite for turned off they are
marked with green color, or with
blue color for the pipes which are
not under pressure. With arrows are
marked moving directions for the
servomotors. To make the work of
the operator as simple and easy as
possible, for particular elements and
positions which are most important,
in addition to the colors and arrows
the program gives announcements
to the operator in textual form and
sometimes suggests decisions for
the problems. For example, there
are announcements for the position
of the turbine valve: Closed TVwhen the valve is closed, Opening
of TV- when the turbine valve is in
phase of opening, Open TV- when
the turbine valve is open. If some of
these phases are not completed in an
adequate time period, the operator
will be alarmed.
4. Conclusion
The advantages of nonlinear
mathematical model versus linear
mathematical model become
apparent when both models are
subjected to large excursions in
turbine loading, but nonlinear
model although good, not always
satisfies all demands for specific
energija
Fig. 8 - Control panel of the turbine controller hydraulic
aggregate
application
simulates the work
of the hydropower
plant. This
program also gives
opportunity to see
the operation of a
real plant because
it incorporates real
algorithms: start
up and shut down
algorithms.
[3] E. De Jaeger, et a.l: Hydro
turbine model for system
dynamic studies, IEEE
Transactions on Power Systems,
Vol.9, No 4, pp. 1709-1715,
1994.
[4] O.H. Souza Jr. et al.: Study
of hydraulic transients in
hydropower plants through
simulation of nonlinear model of
penstock and hydraulic turbine
model, IEEE Transactions on
Power Systems, Vol.14, No 4, pp
1269-1273, 1999
[5] National Instruments: Lookout
developer’s manual, 2001
[6] J. Jiang: Design of an Optimal
Robust Governor for Hydraulic
Fig. 9 - Control structure of the SCADA application for unit 1
turbine. A governor control system
for a hydraulic turbine generating
unit has been designed using
optimal robust control techniques.
The significance of the work is to
show in a systematic manner how
robust control theory can be used
to overcome some of limitations of
the conventional governor design
methods. On the basis of dates from
MATLAB simulations SCADA
application have been made which
incorporates dependence expressions
of step responses of the unit with
proposed robust control law. SCADA
5. References
[1] IEEE working group report:
Hydraulic turbine and turbine
control models for system
dynamic studies, IEEE
Transactions on Power Systems,
Vol.7, No. 1, pp. 167-179, 1992.
[2] L. N. Hannett et al: Field tests to
validate Hydro turbine-governor
model structure and parameters,
IEEE Transactions on Power
Systems, Vol.9, No 4, pp. 17441750, 1994.
[089]
Turbine Generating Units,
IEEE Transactions on Energy
Conversion, Vol.10, No 1, pp.
188-194, 1995.
[7] Bruno Strah i Ognjen Kuljacha:
Nova turbinska regulacija na HE
Miljacka, Brodarski institute,
Zagreb
energija
V.prof.dr Valentino Stojkovski, Prof.dr Zvonimir Kostić,
Prof.dr Aleksandar Nošpal
Univerzitet Sv. Kiril i Metodij, Masinski fakultet, Skopje, R.Makedonija
UDC: 621.221.011.004
CFD analiza strujnog
prostora u odnosu na
kavitaciski režim rada kod
Howell Bunger ventila sa
ugrađenim deflektorom
1. Ugradnja i konstrukcija
Howeel Bunger ventila
Brana Lisice-Veles, pripada sistemu
za snabdevanje piječom vodom
(cevovod za ladnu vodu) i vodom
za navodnjavanje (cevovod za toplu
vodu). Oba cevkovoda se koriste za
temeljno pražnjenje jezera. Na kraju
od ovih cevovoda ugrađeni su dva
Howell Bunger ventila za ispustanje
vode u postojno rečno korito reke
Topolka. Tehničke karakteristike
brane su:
• maksimalna kota: 452.12msl
• nominalna kota vode: 423 msl
• kota ose ventila: 359,08 msl
Konstrukcija Howell Bunger ventila
se sastoji od cilindricnog podvižnog
segmenta, koji je nosilac zaptivne
prirubnice A i C i deflektora, i
statički deo ventila koji se sastoji od
centralno postavljene cevi na kojoj
su ugradjena rebra za ukručivanje
i konusni izlazni deo na kome je
postavljena zaptivna povrsina B,
zleb sa zaptivni gumeni prsten.
Pokretanje ventila (otvaranje/
zatvaranje) ostvaruje se pomoću
hidrauličnog cilindra. U unutrašnjosti
deflektora, za aeraciju strujnog
prostora, ugrađena su cetiri unakrsno
-dijametralno sprotivne odušne cevi.
Tehnički parametri ventila su:
• maksiamlni protok: 12,79 m3/s
• nominalni protok: 2,04 m3/s
• nominalen dijametar: 1000 mm
• hod ventila: 675 mm
• nominalni pritisak: 10 bar
• radni pritisak: 6,6 bar
• ispitni pritisak: 13,3 bar
U proteklu godinu eksploatacije
Sažetak
Howell Bunger ventili imaju značajnu primenu kod hidroenegetskih objektata
za slobodno isticanje vode u okolini kada se želi regulirano ispuštanje
vode. Osnovni princip uništenje (prigušenje) hidrostatskog pritiska je preko
kinetičke energije mlaza. Postizanje velikih brzina strujanja vode kod večih
hidrostatskih pritiska je uzrok pojave kavitacije. U odnosu na kavitaciske
karakteristike kod ovog tipa ventila u literaturi postoje oskudne informacije.
U ovom radu, za analizu je uzet Howell Bunger ventil sa defelktrom koji je
ugrađen na brani Lisice, R.Makedonija, čiji konstruktivni dizajn je proizvod
firme CMO, Tulosa Španija. U eksploatacionom periodu od jedne godine,
kod ventila su se pojavila značajna ostečenja od kavitacije. Ovakvo stanje
kod ventila je razlog da se uradi rekonstrukcija strujnog prostora da bi se
izbegla kavitacija.
U procesu iznalazenja tehnickog rešenja, primenjena je CFD tehnologija,
koristeći komercijalni softverski paket FLUENT. Najpovoljnije numericko
rešenje implementirano je na objektu. Uporedni rezultati koji su dobijeni
sa numerickim proračunima i oni koji su izmerene na objektu, imaju veliku
popudarnost i potvrđuje se bezkavitaciski rad ventila.
Nacin rekonstrukcije i dobijeni rezultati koji su dati u ovom radu mogu
da posluže projektantima i korisnicima ovog tipa ventila za poboljšanje
konstruktivnog rešenja stujnog prostora i rekonstrukciju već ugrađenih
ventila kod kojih postoji problem sa kavitacijom.
IMPLEMENTATION CFD ANALYZES REFER TO CAVITATION
REGIME AT THE HOWELL BUNGER VALVE WITH INSTALLED
DEFLECTOR
Howell Bunger valves has a priority into the hydrotechnic structures where
the regulated free streem of water is needed. The basic principes for energy
distroing is through the kinetic energy of flow. The obtaining a very high
flow speed are the reason for origin of cavitation. The practical data refer to
cavitation for this type of valves are very poore in the literature.
The Howell Bunger valve which is instaled at the dam Lisice, R. Macedonia,
is analized in this papes. The constructuion of the valve is done by CMO,
Tolosa, Spain. In the past of one year exploatation period, the significant
damages on the valve are done as a result of cavitation. The present
condition of the valve is the reason for redesigning the flow domain of the
valve with the aim to overcoming the origin of cavitation.
The technical solution for redesigning of the flow domain is developed by
using the comercial CFD softvare FLUENT. The obtained solution with
practicali best numerical results is applied at the site. The comparison
of numerical and measured results confirms that the expected working
conditions of the valve are attained.
The proposed reconstruction and obtained results presented in this paper are
very useful for the constructors and users of this type of valves, and can be
inplemented in the new design for the flow domain of the new valves and old
installed valves which have a problem with cavitation.
[090]
energija
Slika 1 Ugradnja Howell Bunger ventila na cevi za temeljno pražnjenje brane Lisice
Slika 2 Konstrukcija Howell Bunger ventila
Slika 3 Kavitaciska oštečenja kod deflektora HB-ventila za ispuštanje toplu vodu
sistema, pojavila se potreba za
kontinualno ispuštanje vode kroz
oba ventila, sa protocima od 0,5 do
3 m3/s, odnosno prosečno ispuštanje
vode je oko 0,8 m3/s po ventilu, a to
znači da je ventil otvoren cca 12-15
mm. U ovakvim uslovima rada,
pojavila su se značajna kavitaciska
oštečenja na deflektoru u zoni
neposredno iza otvora gde voda
ističe.
2. Kavitacija kod deflektora
ventila
Primenonom CFD tehnologije
urađen je 3D model za procenu
[091]
pojave kavitacije
kod HB ventila. Za
formiranje grafičkod
dizajna i postavljanje
mreže koristen je
softverski paket
Gambit, a proračun
je urađen sa paketom
Fluent 3.2. Numeričko
ispitivanje modela je
izvršeno u sledičim
uslovima:
• Dimenzije modela:
razmer 1:1
• Pritisak na ulazu:
60 mVS
• Otvorenost ventila:
5%
• Pritisak na izlazu:
atmosferski
• Turbulentni model:
κ-ε
Od dobijenih vrednosti
za raspored pritiska
po površini strujnog
prostora, pokazalo se
da kavitaciski uslovi
postoje u preodnoj
zoni kod deflektora
odnosno u zoni koja e
u neposrednoj blizini
najuskog strujnog
preseka. Određena
je širina ovog pojasa
pojave kavitacije i od
numeričkih podata
određena je da iznosi
oko 60-70 mm.
Ako numerički
podatci se uporede
sa uslovima koje
su pojavljeni nakon
eksploatacije HB
ventila, slika 3b, može
se konstatovati da
numerička predviđanja
u potpunosti se
poklapaju sa to što se
dogodilo kod ventila.
3. Rekonstrukcija
kod ventila
Koncepcisko rešenje
rekonstrukcije sadrži
sledeće pretpostavke:
• Najuži deo strujnog
prostora, prilikom malih otvorenosti
ventila, da bude u prostoru koji ne
omogučava pojave kavitacije na zidu
delova ventila
• Strujni prostor da se sužava
kontinualno prilikom pomeranja
(otvaranja) ventila za malih protoka
• Vec pojavljena kavitacija ukazuje
energija
Slika 4 Grafički model strujnog prostora postojne konstrukcije HB-ventila
Slika 5 Numerički određena zona
kavitacije kod deflektora
aeriranje tog dela ventila sa unošenje
(usuisavanje) okolnog vazduha
čime se razbija kavitacija, odnosno
uspostavljanje novi pristup aeriranja.
U cilju konstruktivnog postizanja
tražene uslove strujnog prostora,
kako najednostavnije rešenje se
nametnulo sledeće, slika 6:
• Oblikovanje strujnog prostora da
se uradi tako što konstruktivno da
se umetne profilirani prsten koji
Slika 6 Rekonstrukcija strujnog prostora
a) osnovna konstrukcija strujnog prosora
b) rekonstruirani strujni prostor
da postoji podpritisak u zoni
deflektora, tako da se iskoristi ova
razlika pritiska da se omogući
će definisati prostor kontinualnog
suženja
• Aeriranje prostora kod deflektora
da se uradi preko priključne
prirubnice, odnosno da se omogući
povezanost sa okolni vazduh
(usisavanje vazduha) time što na
prirubnici su urađeni žlebovi
Na osnovu predložene
rekonstrukcije, numerički su
analizirani više modela od kojih su
iskusteveno i upoređeni sa realnih
uslovi rada ventila, najznacajni
sledeći:
• Model 1: ugrađen je prsten za
redefinisanje strujnog prostora,
izvršena je rekonstrukcija dovoda
vazduha preko prirubnice, međutim
postojni sistem odzračivanja
je ostao i dalje ugrađen na telo
deflektora
• Model 2: ugrađen je prsten za
redefinisanje strujnog prostora,
izvršena je rekonstrukcija dovoda
vazduha preko prirubnice i postojni
sistem odzračivanja je celosno
odstranjen sa tela deflektora
Numericki podatci su ukzali na
to da kod modela 1 strujanje u
nadrađeni sistem za aeraciju prostora
deflektora ima smer strujanja prema
okolini, odnosno da ovaj sistem ne
omugaćava usisavanje vazduha,
vec da voda istece prema okolini
kroz uragjeni otvori. Razlog vakve
Slika 7 Numerički i eksploatacioni uslovi rada ventila
[092]
energija
Slika 8 Paralelni rad rekonstrurani i nerekonstruirani HB-ventil pri istog protoka
4. Pogodnosti
izvršene
rekonstrukcije
Izvršena rekonstrukcija
strujnog prostora kod HBventila omogućuje sledeće:
• možnost koriščenje HBventila kod malih protoka
sa beykavitaciski režim
rada ventila
• ostvareni su uslovi
za postizanje boljeg )
kontroliraniji izlazni mlaz
Slika 9 Paralelni rad rekonstruiranih HB-ventili pri istog protoka
• rekonstrukcija je
relativno jednostavna,
odnosno ne pretstavlja
velike dopunske
materijalne troškove
• sa konstruktivnog
gledišta, predložena
rekonstrukcija ne
opterećuje dopunski
prvobitno konstruktivno
rešenje
Na slici 8 je data
fotografska snimka rada
HB-ventila nakon izvršene
rekonstrukcije (desni
ventil) i rada HB-ventila sa
prvobitnom konstrukcijom strujnog
prostora u uslovima jednakih protoka
od 0,5 m3/s. Od dovijeni izlazni mlaz
vode očigledno je da rekonstruirani
ventil ima celovitu i kontrolirani
istek mlaza sa postizanje puni profil
isticanja, dok kod nerekonstruirani
ventil izlazni mlaz nije oformljen.
Strujna slika iylaynog mlaza koja
se ostvaruje kod oba rekonstruirana
HB-ventila pri protok od 1,0 m3/s je
data na narednoj slici 9. Ocigledno
je postignuta simetričnost rada oba
ventila, kod kojih je izlazni mlaz sa
celosnog ispuna strujnog prostora i
postignut profilirani izlazni mlaz.
Slika 10 Strujna površina ugrađenog prstena
nakon jedne godine u eksploataciju
strujne slike je prisustvo otpora
u kontinuiteta strujanja. Vakva
strujna slika je ostvarena i prilikom
instaliranje deflektora i puštanje
u rad. To ukazuje da numericki
dobijeni rezultati u celost opisuju rad
deflektora-ventila.
Na samog mesta je izvršeno
odstranjivanje postojnog sistema za
odzračivanja (otklonute su pločice i
usisne cevi), nakon čega je dobijen
drugi model. Nakon otstranivanja
sve prepreke u strujnog prostora
deflektora, postignut je ispravan
(očekiveni) rad ventila i usisavanje
spoljnog vazduha u prostor kod
deflektora. Ovakva strujna slika
dobivena je i sa numeričkim
istraživanja, ciji rezultati su dati na
slici 7.
5. Zaključak
Prilikom razvijanja konstruktivnog
rešenja, za analizu strujnog prostora
kod Howell Bunger ventila u
odnosu na prevalizađenje uslove za
[093]
postojanje kavitacije, korištena je
CFD tehlogija. Numerički dobijeni
podatci i predviđanja strujne slike
preko polja pritiska i polje vektora
brzine, potvrdili su se sa praktičnim
uslovima rada ventila, što je
konstatovano nekoliko puta u ovom
radu.
Sa tehničke strane, u ovaj rad
je prezentovano jednostavno
konstruktivno rešenje sa kojim se
postiže poboljšanje konstrukcije
Howell Bunger ventila u odnosu
na kavitaciska oštečenja. U
osnovi, predstavljeno rešenje je
možno primenljivo kod postojnih
(ugrađenih) HB-ventila, a isto tako i
kod novih konstrukcija.
U fazi projektovanja i izrade novog
ventila u fabrici vjerujemo da se
mogu postiči još bolji rezultati
jer postojanje ekscentričnosti
prilikom montaže na terenu je
jedan ponepovoljniji uslov kod
rekonstrukcije.
Nakon izvršene rekonstrukcije i
godinu dana eksploatacije ventila
izvršen je uvid (sl.10) u stanje
ventila i konstatovano je da nema
oštečenja od kavitacije na strujnoj
površini ugrađenog prstena, što
ukazuje na činjenicu da prezentovana
rekonstrukcija ima svoj efekat.
Nadamo se da će izloženi rad i
prezentovane rezultati dati motiv
idnim konstruktorima i korisnicima
ovog tipa opreme da urade neka
poboljšanja.
Literatura
[1] Tehnička konstruktivna
dokumentacija Howell Bunger
ventila, pripremljena sa CMO,
Tolosa, Spanija,2005
[2] V.Stojkovski, Z.Kostić: CFD
ANALIZYS OF HOWELL
BUNGER VALVE FEREFE
TO ORIGIN OF CAVITATION,
Study, Faculty of Mechanical
Engineering, Skopje, 2008
[3] Y.Lecoffre, A.Archer: A method
to evaluate cavitation erosion
in valves, Third International
symposium on Cavitation, April
1998, Grenoble, France
[4] S. Dabiri , W. A. Sirignano,
D. D. Joseph: Cavitation in an
Orifice Flow, American Institute
of Aeronautics and Astronautics,
2008
energija
Ivana Stojković, Nikola Cvjetićanin
Univerzitet u Beogradu, Fakultet za fizičku hemiju, Beograd, Srbija
Slavko Mentus
Srpska akademija nauke i umetnosti, Beograd, Srbija
UDC: 621.352.004
Vodene litijum-jonske
baterije sa anodnim
materijalima na bazi oksida
vanadijuma i katodom od
LiMn2O
1. Uvod
Komercijalne litijum-jonske baterije
imaju široku primenu u raznim
prenosivim uređajima, a napon tih
baterija je oko 4V. Nedostatak ovih
baterija je taj što sadrže organski
elektrolit koji osim što je štetan po
životnu sredinu odgovoran je i za
njihovu visoku cenu. Poslednjih
godina javila se ideja da se organski
elektrolit zameni jeftinijim vodenim
elektrolitom. Zbog manjeg napona
razlaganja vode napon ovih baterija
ne može da bude veći od oko 2 V,
ali im je prednost što su ekološki
prihvatljivije i jednostavnije su
za proizvodnju. Glavni problem
istraživanja baterija sa vodenim
elektrolitom je pronalaženje takvog
para elektrodnih materijala koji
će imati optimalan napon za rad
u vodenim rastvorima. Drugi
potencijalni problemi: kinetika
elektrodnih procesa, kulonski
kapacitet ili radni vek, u vodenim
elektrolitima nisu suštinski različiti
od istih u organskim elektrolitima.
Zbog dobre stabilnosti karakteristika
u vodenim elektrolitima, spineli
tipa LiMxMn2-xO4 i materijali na
bazi oksida vanadijuma najčešće
su ispitivani u funkciji katodnih
odnosno anodnih materijala [1-12].
U organskom elektrolitu kserogel
V2O5 je pokazao daleko bolje
karakteristike od kristalnog V2O5 što
je posledica prisustva vezane vode
koja dovodi do povećanja rastojanja
međuravanskih slojeva usled čega
je interkalacija i deinterkalacija
jona Li olakšana [13,14]. Iz tog
razloga u ovom radu je ispitivano
elektrohemijsko ponašanje kserogela
V2O5 u vodenom elektrolitu kao i
mogućnost poboljšanja usled dodatka
ugljeničnog materijala tokom
Sažetak
U ovom radu ispitivano je nekoliko tipova vodenih litijum-jonskih baterija
sa zasićenim vodenim rastvorom LiNO3 kao elektrolitom, različitim
oksidima vanadijuma kao anodnim materijalima i sa LiMn2O4 kao katodnim
materijalom. Oksidi vanadijuma su sintetisani veoma jednostavnim solgel postupkom, a ispitivani su kserogel V2O5 i kompozitni kserogel V2O5
sa ugljeničnim crnim i prirodnim grafitom. Dodatak ugljenika oksidu
vanadijuma već tokom sinteze dovodi do poboljšanja elektrohemijskih
karakteristika baterije (početnog kulonskog kapacitata i stabilnosti
kapaciteta tokom cikliranja). Baterija u kojoj je kserogel V2O5 korišćen
kao anodni materijal imala je početni kapacitet od 40.4 mAhg-1, dodatak
ugljeničnog crnog tokom sinteze doveo do povećanja početnog kapaciteta
od čak 45%, ali je pad kapaciteta nakom 50 ciklusa bio skoro nepromenjen
(27% početnog kapaciteta). Kompozitni kserogel V2O5 sa prirodnim grafitom
je pokazao je dosta bolji početni kapacitet, 64.6 mAhg-1 i znatno manji pad
kapaciteta tokom cikliranja, od samo 18% početne vrednosti nakon 50
ciklusa punjenja i pražnjenja. Ovo ukazuje na pravce daljih istraživanja u
smislu poboljšanja karakteristika vodenih litijum-jonskih baterija.
Aqueous lithium-ion battery with the anode materials
based on vanadium oxide and LiMn2O4 as cathode
In this work, several types of aqueous lithium-ion battery with a saturated
aqueous solution LiNO3 as the electrolyte, different vanadium oxides as
anode materials and the LiMn2O4 as cathode material are investigated.
Vanadium oxides were synthesized by a simple sol-gel process and
investigated the xerogel V2O5 and V2O5 xerogel composite with carbon
black and natural graphite. Addition of carbon to vanadium oxide during
the synthesis improved electrochemical characteristics of the battery (initial
coulumbic capacity and stability during cycling). The battery with V2O5
xerogel as anode material had an initial capacity of 40.4 mAhg-1, the addition
of carbon black during the synthesis led to an increase initial capacity
of 45%, but capacity fade after 50 cycles was almost unchanged (27% of
initial capacity). Composite xerogel V2O5 with natural graphite showed a
much better initial capacity, 64.6 mAhg-1 and a much smaller capacity fade
during cycling, only 18% of the initial value after 50 cycles of charging and
discharging. This indicates a direction for further research to improve the
characteristics of aqueous lithium-ion batteries.
sinteze. Kompozitni kserogel V2O5
je sintisan na veoma jednostavan
način, a njegove elektrohemijske
karakteristike su ispitivane
galvanostatskim punjenjem i
pražnjenjem.
[094]
2. Eksperimentalni deo
2.1 Sinteza materijala
Kserogel V2O5 je dobijen
rastvaranjem kristalnog praha V2O5
(p.a. Merck) u razblaženom rastvoru
energija
(10 %) vodonik peroksidu tako da je
dobijen rastvor koncentracije 0.06
M. U slučaju sinteze kompozitnog
kserogela V2O5 u 0.06 M rastvora
V2O5 u H2O2 je dodat nanostrukturni
ugljenik „vulkan” (kao i prirodni
grafit) tako da je odnos mase
„vulkana” (kao i grafita) i vanadijum
pentoksida 1:10. I rastvor V2O5
u H2O2 bez dodatka i rastvori sa
dodatkom ugljeničnih materijala je
lagano mešan na magnetnoj mešalici
24h bez zagrevanja. Rastvori su
zatim stajali na vazduhu sve dok
rastvarač nije ispario. Dobijeni
kserogelovi su dodatno termički
tretirani jedan sat na temperaturi od
200 oC.
Katodni materijali LiMn2O4 je
sintetisan glicin-nitratnim postupkom
koji je u okviru naše grupe korišćen
za sintezu raznih supstituisanih
spinela tipa Li1-xCryMn2-x-yO4 [10,12].
2.2. Karakterizacija materijala
Rendgenska difrakcija je korišćena
za indentifikaciju sintetisanih
uzoraka. Snimanje praškastih
uzoraka vršeno je na uređaju Bruker
D8 Advance. Merenja su rađena
u opsegu od 10-70o 2θ korakom
od 0.05 o i ekspozicijom od 2 s,
a korišćeno je CuKα1,2 zračenje
(λ1,2=1.5418 Å).
Morfologija čestica sintetisanih
prahova je utvrđena na osnovu
skenirajuće elektronske mikroskopije
(SEM) koja je rađena na uređaju
JEOL JSM-6460 LV.
Sva galvanostatska merenja
su urađena na višekanalnom
automatskom ciklatoru Arbin-u
BT-2042 u dvoelektrodnoj ćeliji.
Kao katodni materijal korišćen je
LiMn2O4 dok je kao anodni materijal
korišćen materijal na bazi vanadijum
oksida. Punjenje i pražnjenje je
rađeno u intervalu od 0.01 do 1 V, a
struja koja je korišćena je 50 mAg-1 u
odnosu na masu anodnog materijala.
Radna elektroda (anoda i katoda)
je napravljena mešanjem aktivnog
materijala, veziva i provodnika u
masenom odnosu 85:10:5. Dobijena
pasta je radi bolje homogenizacije
izložena ultrazvuku u ultrazvučnom
kupatilu oko 60 min. Pasta se nanosi
na elektrode od nerđajućeg čelika
(~6.2 cm2) koje se nakon sušenja
na vazduhu na 80 oC dodatno
suše pod vakuumom na 130 oC
najmanje četiri sata. Kao elektrolit
u galvanostatskim eksperimentima
korišćen je zasićeni vodeni rastvor
LiNO3 koji je nanet na filter papir i
koji ima ulogu i separatora.
3. Rezultati i diskusija
Na Slici 1 su prikazani difraktogrami
kserogelova V2O5, V2O5/C i
V2O5/grafit nakog odgrevanja na
200oC. Amorfna struktura smeše
oksida vanadijuma je uočena i u
slućaju kompozitnog kserogela sa
„vulkanom“ i prirodnim grafitom
kao i u slučaju kada ugljenični
materijal nije dodat tokom sinteze.
Sličan difraktogram je dobijen i u
literaturi metodom „gašenja“ [15].
U slučaju kompozita kserogela V2O5
pikovi su nešto oštriji i izraženiji što
može ukazivati na to da su ti uzorci
nešto više iskristalisali u odnosu na
kserogel V2O5 što može uticati i na
njihovo elektrohemijsko ponašanje.
Slika 1 Difraktogrami kserogelova: a)
V2O5, b) V2O5/C i c) V2O5/grafit
odgrejanih na 200oC
Slika 2 SEM slike kserogelova: a) V2O5, b) V2O5/C i c) V2O5/grafit odgrejanih na 200oC.
[095]
Na Slici 2 su prikazane SEM slike
sintetisanih kserogelova V2O5. U
slučaju kserogela V2O5 čestice su u
obliku ljuspica koje su međusobno
slepljene i na taj način formiraju
aglomerate neujednačenih veličina.
Slična morfologija se može uočiti i u
slučaju kristalnog V2O5 [16] kada su
aglomerati mnogo većih dimenzija,
u proseku oko 40 μm [17]. Usled
smanjenja aktivne površine što je
posledica formiranja aglomerata
[18], interkalacija/deinterkalacija
jona litijuma u ovaj materijal može
biti otežana. U cilju dobijanja čestica
manjih dimenzija, što bi uticalo
na poboljšanje elektrohemijskih
karakteristika kserogela V2O5,
tokom sinteze je dodat nanstrukturni
ugljenik „vulkan“ kao i prirodni
grafit. Inače, čestice „vulkana“ su
u proseku veličine oko 100 nm
i slepljuju se dajući aglomerate
prosečne veličine oko 9 μm. Iz tog
razloga na Slici 2b se mogu uočiti
nešto veći aglomerati. Slično je
uočeno i kada se tokom sinteze
doda acetilen crno (AC). Čestice
kompozita su nešto većih dimenzija
od čestica AC kao posledica
prekrivanja njegove površine tankim
slojem V2O5 dok je morfologija
kompozita slična morfologiji AC
[19,20]. Aglomerati se javljaju i
u slučaju kompozita sa pirodnim
grafitom, Slika 2c, ali se u ovom
slučaju može jasno videti da su ti
aglomerati sastavljeni od manjih
čestica i u ovom slučaju aktivna
površina materijala je najveća
Na osnovu morfologije može se
pretpostaviti da će jon litijuma
najlakše interkalirati/deinterkalirati u
kompozitni materijal sa grafitom.
Promena kapaciteta pražnjenja u
zavisnosti od broja ciklusa punjenja/
pražnjenja za kserogel V2O5,
kompozit V2O5/C i V2O5/grafit
je prikazana na Slici 3. Početni
kapacitet pražnjenja za kserogel V2O5
je 40.4 mAhg-1 i pad kapaciteta je
kontinualan tokom prvih 30 ciklusa
kada kapacitet opadne na 30.9
energija
Slika 2
Zavisnost kapaciteta pražnjenja (puni simboli) i efikasnosti (prazni simboli) od broja ciklusa punjenja/pražnjenja: kserogela V2O5 (■), V2O5/C (●) i
V2O5/grafit (▲).
mAhg-1 tj. opadne 23 %. Međutim,
pad kapaciteta tokom narednih 20
ciklusa je samo 4 %. Do povećanja
početnog kapaciteta od čak 45.6 %
dolazi ako se tokom sinteze doda
„vulkan“. Nakon 50 ciklusa pad
kapaciteta je isti, ali trend opadanja
kapaciteta se malo razlikuje. U ovom
slučaju najveći deo kapaciteta, od
čak 13 %, materijal izgubi tokom
prvih 10 ciklusa, a zatim dolazi do
postepenog opadanja kapaciteta.
Najveći početni kapacitet od čak 64.6
mAhg-1 je u slučaju kompozita sa
prirodnim grafitom. U ovom slučaju
je i pad kapaciteta najmanji, nakon
50 ciklusa punjenja i pražnjenja pad
kapaciteta je oko 18 %. Trend pada
kapaciteta je nešto drugačiji, naime
tokom prvih 20 cilusa kapacitet
padne za samo 7%. U slučaju
kristalnog V2O5 početni kapacitet
je oko 40 mAhg-1 i nakon 40
ciklusa padne na samo 8 % početne
vrednosti ako je kao elektrolit
korišćen vodeni rastvor LiNO3 [4].
Kulonska efikasnost cikliranih
materijala može se izračunati na
osnovu odnosa kapaciteta pražnjenja
i punjenja. Promena efikasnosti
sa brojem ciklusa je prikazana na
Slici 3. Za sve ispitivane materijale
efikasnost je bila oko 97%. Kristalni
V2O5 je pokazao efikasnost od samo
87 % [4].
Na osnovu rezultata ovog rada
može se zaključiti da kserogel
oksida vanadijuma svakako
predstavlja potencijalni anodni
materijal u vodenim litijum jonskim
baterijma, a dodatkom ugljeničnih
materijala tokom sinteze dolazi do
značajnog poboljšanja njegovih
elektrohemijskih karakteristika
(početnog kapaciteta i smanjenja
pada kapaciteta tokom cikliranja).
Interval cikliranja je od 0.01 do 1 V,
a brzina cikliranja je 50 mAg-1.
4. Zaključak
Kserogel i kompozitni kserogel
V2O5 je sintetisan jednostavnim
sol-gel postupkom rastvaranjem
kristalnog V2O5 u razblaženom
rastvoru vodonik peroksida.
Kompozitni materijali su sintetisani
uz dodatak „vulkana“ i prirodnog
grafita. Kompozit sa grafitom je
pokazao značajno poboljšanje
elektrohemijskih karakteristika
(povećanje početnog kapaciteta i
smanjenje pada kapaciteta) tokom
cikliranja u odnosu na kserogel V2O5.
Početni kapacitet je bio čak 64.6
mAhg-1, a pad kapaciteta nakon 50
ciklusa samo 18 %. Ovo ukazuje na
pravce daljih istraživanja u smislu
poboljšanja karakteristika vodenih
litijum-jonskih baterija.
Zahvalnica
Ovaj rad je finansiran od strane
Ministarstva nauke i tehnološkog
razvoja Republike Srbije u okviru
projekta broj III 45014 kao i Srpske
akademije nauke i umetnosti
kroz projekat “Elektrokataliza u
savremenim procesima konverzije
energije”.
[096]
Reference
[1] W. Li, J.R. Dahn, J.
Electrochem. Soc. 142 (1995)
1742
[2] W. Li, J.R. Dahn, D.S.
Wainwright, Science 264 (1994)
1115
[3] I. Stojković, N. Cvjetićanin,
I. Pašti, M. Mitrić, S. Mentus,
Electrochem. Commun. 11
(2009) 1512
[4] H. Wang, Y. Zeng, K. Huang, S.
Liu, L. Chen, Electrochim. Acta
52 (2007) 5102
[5] J. Kohler, H. Makihara, H.
Uegaito, H. Inoue, M. Toki,
Electrochim. Acta 46 (2000) 59
[6] G.J. Wang, H.P. Zhang,
L.J. Fu, B. Wang, Y.P. Wu,
Electrochem. Commun. 9
(2007) 1873
[7] G.J.Wang, N.H. Zhao, L.C.
Yang, Y.P. Wu, H.Q. Wu, R.
Holze, Electrochim. Acta 52
(2007) 4911
[8] A. Caballero, J. Morales, O. A.
Vargas, J.Power Sources 195
(2010) 4318
[9] C. Cheng, Z.H. Li, X.Y. Zhan,
Q.Z. Xiao, G.T. Lei, X.D.
Zhou, Electrochim. Acta 55
(2010) 4627
[10] N.Cvjetićanin, I. Stojković,
M. Mitrić, S. Mentus, J.Power
Sources 174 (2007) 1117
[11] L. Tian, A. Yuan, L. Tian, A.
Yuan, J. Power Sources 192
(2009) 693
[12] I.B. Stojkovic , N.D.
Cvjeticanin, S.V. Mentus,
Electrochem. Commun. 12
(2010) 371
[13] V. Petkov, P.N. Trikalitis, E.S.
Bozin, S.J.L. Billinge,T. Vogt,
M.G. Kanatzidis, J. Am. Chem.
Soc, 124 (2002) 10157
[14] J. Kawakita, Y. Katayama, T.
Muria, T. Kishi, Solid State Ionics,
107 (1998) 145
[15] L.M. Chen, Q.Y. Lai, Y.J. Hao,
Y.Zhaoa, X.Y. Ji, J. Alloys
Compd., 467 (2009) 465
[16] Y. Wei, C.W. Ryub, K.B. Kimb,
J. Alloys Compound. 459 (2008)
L13
[17] L. Yu, X. Zhang, J. Colloid
Interface Sci. 278 (2004) 160
[18] P. Kalyani, N. Kalaiselvi, N.
Muniyandi, Materials Chem.
Phys., 77 (2002) 662
[19] T. Kudo, Y. Ikeda, T.
Watanabe, M. Hibino, M.
Miyayama, H. Abe, K. Kajita,
Solid State Ionics, 152-153
(2002) 833
[20] D. Imamura, M. Miyayama, M.
Hibino, T. Kudo, J. Electroch.
Soc., 150 (2003) A753
energija
Mr Martin Ćalasan, Prof. dr Milutin Ostojić
Elektrotehnički fakultet Podgorica
UDC: 621.311.21 : 621.313.5.004
Simulacija izbacivanja blok
prekidača generatora u HE
“Perućica”
1. Uvod
Savremeni uređaji u domaćinstvima,
industriji, telekomunikacijama, a
i u vojsci, zahtijevaju neprekidno
napajanje električnom energijom, sa
strogim zahtjevima po pitanju njenog
kvaliteta. Svi ti električni potrošači
su brojni i različiti prijemnici,
čije se potrebe za električnom
energijom mijenjaju iz trenutka u
trenutak. Samim tim mijenjaju se
i tokovi snaga kroz dalekovode,
i uopšte, tokovi snaga u samom
elektroenergetskom sistemu (EES).
Svaki EES ima više visokonaponskih
mreža, sa različitim nominalnim
naponima, a koje su povezane
energetskim transformatorima.
Međutim, naponi nijesu isti ni u svim
tačkama jedne mreže, jer postoje
padovi napona izazvani tokovima
snaga kroz impedanse same mreže.
Padove napona u mreži prvenstveno
izaziva njena reaktansa, pa otuda
postoji jaka veza između regulacije
napona i regulacije reaktivne snage.
Glavni izvori reaktivne energije
u EES su sinhroni generatori [1].
Zbog toga je ogroman značaj
automatskih regulatora napona i,
uopšte, pobudnih sistema sinhronih
generatora, u regulaciji napona,
jer pobudni sistemi predstavljaju
izvor struje pobude koja služi da
se održava napon na krajevima
mašine konstantnim. Od kvaliteta,
pouzdanosti i brzine reagovanja
automatskih regulatora napona zavisi
sama stabilnost sistema, sigurnost
napajanja i kvalitet energije.
Regulacija pobude u normalnim
radnim uslovima ima zadatak da
održava napon i reaktivnu snagu
na željenim vrijednostima i da
realizuje raspodjelu reaktivnog
Sažetak
U ovom radu je prikazana simulacija izbacanja blok prekidača sinhronih
generatora u HE “Perućica”. U tu svrhu je u programskom paketu
Matlab-Simulink razvijen model jednog generatora iz ove elektrane sa
blok transformatorom i dalekovodom do Podgorice. Takođe, razvijen je i
model njegovog pobudnog sistema. Nakon objašnjenja značaja proučavanja
izbacanja blok prekidača, pažnja je posvećena poređenju odziva koji se
dobijaju simulacijom izbacanja blok prekidača pri različitim vrijednostima
opterećenja, upotrebom realizovanog modela, sa odzivima koji su dobijeni
mjerenjem prilikom ugradnje i podešavanja ovoga pobudnog sistema u
HE “Perućica”. Dobijeno je dobro poklapanje simuliranih i izmjerenih
vrijednosti.
Ključne riječi: Statički pobudni sistem – Simulink model – Izbacanje blok
prekidača
SIMULATION THE TRIP OF GENERATOR CIRCUIT BREAKER IN
HPP “PERUĆICA”
This paper presents simulation trip of circuit breaker of synchronous
generator at HPP Perućica. For this purpose, the Simulink model of a
generator at HPP “Perućica“, including block transformer and transmission
lines to Podgorica, was developed. Also, for this purpose, the model of
the excitation system of synchronous generator at HPP “Perućica” was
realized. After the advantages explanation of analyzes trip of the generator
circuit breaker, comparison of the responses obtained using this model and
the measured responses obtained during installation and adjustment of
this excitation system, was realized. Very good agreement of computed and
measured results was obtained.
Key words: Static Excitation system – Simulink model – Trip of circuit
breaker
opterećenja između sinhronih
generatora koji rade paralelno u
EES. U poremećenim režimima
rada, funkcija regulatora pobude
jeste da vrši održavanje stabilnosti,
odnosno da povećava sigurnost rada
generatora.
Pobudni sistem uključuje mašine
i aparate potrebne za proizvodnju
struje pobude (pobudnica), uređaje za
regulaciju pobude (regulator pobude)
i elemente ručnog upravljanja,
[097]
mjerenja, zaštite i automatike. U
zavisnosti od toga na koji način se
obezbjeđuje jednosmjerna pobudna
struja sinhronih mašina, razlikuju se
tri tipa pobudnih sistema [2]:
Jednosmjerni (DC) sistemi
Nezavisni naizmjenični (AC)
sistemi pobude
Statički naizmjenični (ST) sistemi
pobude
energija
Slika 2.1. Blok dijagram statičkog pobudnog sistema sinhronih generatora u HE
Perućica
Slika 3.1 Opšta podjela upravljačkih modova Thyricon-a
Kod jednosmjernih (DC) sistema
pobude, kao izvor struje pobude
sinhronog generatora koriste se
generatori za jednosmjernu struju.
Kod nezavisnih naizmjeničnih (AC)
sistema pobude, pobudna struja
se dobija korišćenjem pobudnog
sinhronog generatora i ispravljača.
Ispravljači mogu biti nekontrolisani
(upotrebom dioda) ili kontrolisani
(upotrebom tiristora). Statički
naizmjenični sistemi pobude
uzimaju energiju za pobudu sa
krajeva samog generatora kojeg
pobuđuju. Osim transformatora,
koji može biti ili obični energetski
ili kompaudni (sekundarni napon
takvog transformatora zavisi ne
samo od primarnog napona već
i od primarne struje) u ovom
slučaju koriste se i ispravljači, kako
kontrolisani tako i nekontrolisani.
Inače, u [2-4] predstavljeni su IEEE
standardi koji važe za pobudne
sisteme
U HE „Perućica“, u toku
modernizacije, na prva četiri
generatora, ugrađen je novi statički
pobudni sistem, tiristorskog tipa,
proizvod firme VOITH Siemens
[5-6]. Ovaj pobudni sistem, nazvan
Thyricon, danas predstavlja jedan
od najmodernijih pobudnih sistema
i ugrađen je u elektranama širom
svijeta. U EES Crne Gore, on je
ugrađen i na generatorima u HE
„Piva“.
U literaturi postoji veliki broj
radova koji se bave pobudnim
sistemima i analizom njihovog rada.
U [7-8] prikazano je ispitivanje
dejstva step smetnje na referentnu
vrijednost napona generatora sa
pobudnim sistemom Thyricon.
Simulacija rada njegovog limitera
pobudne struje prikazana je u [9], a
limitera podpobude u [10]. Značaj
automatske regulacije napona
prikazan je u [11-13]. Standardi
vezani za limitere pobudnih sistema
prikazani su u [14], dok su njihovi
modeli i karakteristike prikazane
u [15-18]. Specifičnosti pojedinih
limitera predstavljene su u [19-23].
U [24-26] prikazana je upotreba
određenih simulacionih paketa u
modelovanju djelova EES.
[098]
Zadatak ovog rada jeste da se
ispita dejstvo pobudnog sistema sa
stanovišta izbacanja blok prekidača,
za generator u HE „Perućica“.
Tačnije, zadatak je da se izvrši
simulacija izbacanja blok prekidača
generatora i da se izvrši poređenje
simuliranih odziva sa odzivima koje
je dobio VOITH Siemens, mjerenjem
prilikom ugradnje ovoga pobudnog
sistema u HE „Perućica“. Da bi se to
ostvarilo, potrebno je napraviti model
jednog generatora u HE „Perućica“1
(sa stvarnim pobudnim sistemom),
zajedno sa blok transformatorom i
određenim dalekovodom.
2. Statički pobudni sistem
Thyricon
Statički pobudni sistem sinhronih
generatora u HE “Perućica”,
nazvan Thyricon, spada među
najmodernije pobudne sisteme
sinhronih generatora. Pobudni sistem
Thyricon je podijeljen na dva dijela
- komandni i energetski, a njegove
glavne komponente su prikazane na
slici 2.1 [5-6].
Komandni dio čine elektronski
moduli, kao što su: programabilni
logički kontroleri (PLC), interfejs
čovjek-mašina (operacioni panel),
komandne table, pretvarači
(konvertori), releji, komunikacioni
paneli i slično. Thyricon koristi
standardni konvertor Siemens AG
(Simoreg 6RA70), koji radi na
principu integrisanog komandnog
sistema (komanda se vrši u tablama
T400, CUD1 i CUD2, koje su
smještene u konvertorskoj jedinici).
U energetski dio spadaju kola i
komponente koje su robusnije od
komandnog dijela. Tu spadaju:
mostovi ispravljača, kola za
detekciju prenapona, kolo field
flashing (kolo za obezbjeđivanje
početne energije), kolo za pražnjenje
i za zaštitu od prenapona i slično.
3. Upravljački modovi
Thyricon-a
Thyricon je dizajniran tako da
nudi kompletan set automatske i
ručne regulacije napona sinhrone
mašine. Slika 3.1 prikazuje podjelu
upravljačkih modova.
Svrha automatskih modova jeste
automatsko regulisanje napona
generatora, reaktivne snage i
1
Generator: Un=10,5 kV, Sn=40MVA,
In=2200A, cosφ=0.95, fn=50Hz, n=375ob/
min, Ufn=180V, Ifn=550A
energija
Slika 3.2 Blok dijagram AVR i FOC regulatora Thyricon-a
faktora snage generatora. Regulator
reaktivne snage i faktora snage
koristi AVR kao podređenu strukturu,
mijenjajući podešenu vrijednost
napona radi dobijanja željene
vrijednosti reaktivne snage ili samog
faktora snage.
Kod ručnog moda Thyricon-a vrši
se ručna kontrola izlaznog napona
generatora, na taj način što se djeluje
na struju pobude. Podešavajući
pobudnu struju, vrši se indirektna
kontrola izlaznog napona. Ručni mod
regulatora napona radi kao podrška
automatskom modu, a najčešće
se upotrebljava kod ispitivanja u
praznom hodu i u kratkom spoju
generatora. Postoji FCR – regulator
struje pobude i EFCR – pomoćni
regulator struje pobude.
Slika 3.2a) predstavlja automatski
regulator napona Thyricon-a.
Referentna vrijednost napona
generatora može biti podešena na
vrijednost između 90% i 110%
nominalnog napona, a inače
podešava se ili lokalno, sa HMI
(Human Machine Interface –
operacioni panel), ili daljinskim
putem ili iz komandne prostorije.
Thyricon ima brojne limitere
koji imaju zadatak da spriječe
nedozvoljena radna stanja mašine.
Tačnije, kod Thyricon-a postoje:
FOC (Field OverCurrent limiter
- limiter struje pobude), GOC
(Generator OverCurrent limiter limiter struje generatora), UExc
(Under Excitation limiter - limiter
potpobude), VHz (Volt Hertz limiter limiter fluksa u mašini), AVRdroop_a
(kompenzator reaktivne i aktivne
snage). Uticaj svih ovih limitera se
dodaje razlici referentne i stvarne
vrijednosti napona generatora,
neposredno prije AVR regulatora.
Na isto mjesto se dodaje i uticaj
stabilizatora EES-a (Power System
Stabilizer - PSS). Izlaz iz AVR
regulatora limitira se pomoću FCL
(Fast Current Limiter - brzih limitera
struje pobude). Obrađeni signal se
uvodi dalje u tiristorski most, na
Slika 4.1. Simulacioni model statičkog pobudnog sistema sinhronih generatora u
HE „Perućica“
čijem izlazu se dobija napon pobude
Vf.
Blok dijagram FOC regulatora
Thyricon-a ima značajno prostiju
strukturu od AVR-a (slika 3.2b).
Kod njega se razlika podešene i
stvarne vrijednosti struje pobude
uvodi u FOC regulator, čiji izlaz se
limitira sa brzim limiterima struje
pobude. Na izlazu ovih limitera
dobija se napon pobude.
4. Simulink model
Thyricon-a
Na slici 4.1 prikazan je realizovani
Simulink model Thyricon-a.
Pobudni sistem Thyricon spada u
multivarijabilne pobudne sisteme
jer uzima veliki broj podataka da
bi se regulisao pobudni napon.
Ulazi u ovaj pobudni sistem su:
setpoint napona (podešena vrijednost
napona), stvarna vrijednost napona,
struja generatora, reaktivna
komponenta struje generatora,
pobudna struja, aktivna snaga,
reaktivna snaga i frekvencija.
Sa iste slike se vidi da su u posebnim
blokovima realizovani limiteri, zatim
stabilizator EES-a i kompenzator
reaktivne i aktivne snage, čiji su
ulazi svi predhodno nabrojani
podaci. Izlazi iz ovih blokova se
uvode u blok AVR - automatski
regulator napona, na čijem izlazu
se dobija signal za paljenje tiristora
u ispravljačkom mostu. Na ovoj
slici, u bloku AVR nalazi se i blok
za konverziju signala za paljenje
tiristora u napon pobude.
Da bi se mogla ispitati dinamika
ovakvog pobudnog sistema, potrebno
ga je implementirati u neki dio
elektroenergetskog sistema. U tu
svrhu je realizovan model jednog
generatora od 40 MVA u HE
„Perućica“, sa blok-transformatorom
i dalekovodom 110kV do Podgorice.
5. Simulink model jednog
generatora od 40 MVA
iz HE „Perućica“ sa
blok-transformatorom
i dalekovodom do
Podgorice
HE „Perućica“ ima sedam sinhronih
generatora. U [5] navedeni su
pobudni sistemi sinhronih generatora
koji postoje u HE „Perućica“ i
njihove odlike.
Na slici 5.1 prikazan je jedan
generator od 40MVA, sa
dalekovodom 110kV do TS
Podgorica 1. Na ovoj slici
Generatorski blok čine generator,
[099]
energija
pobudni sistem odgovara stvarnom
statičkom pobudnom sistemu
Thyricon, čiji je model prikazan
na slici 4.1. Blok Mjerenja obavlja
upravo istoimenu funkciju, dok Blok
Upravljanje služi za podešavanje
iznosa aktivne snage koju generator
daje mreži.
Slika 5.1 Simulink model jednog generatora u HE „Perućica“
6. Simulacija izbacanja blok
prekidača generatora u
HE „Perućica“
Kada je generator sinhronizovan sa
mrežom, struja armature formira
svoje polje, pa tada osim polja
Slika 6.1. Odzivi karakterističnih veličina prilikom izbacanja
blok prekidača, ri 11MW i 19MVAr, koje je dobio
VOITH Siemens mjerenjem u HE „Perućica“2
Slika 6.2. Odzivi karakterističnih veličina prilikom izbacanja blok prekidača, pri 11MW i 19MVAr, dobijeni
simulacijom
Slika 6.3. Odzivi karakterističnih veličina prilikom izbacanja
blok prekidača, pri 10MW i 22MVAr, koje je dobio
VOITH Siemens mjerenjem u HE „Perućica“
Slika 6.4. Odzivi karakterističnih veličina prilikom izbacanja blok prekidača,pri 10MW i 22MVAr, dobijeni
simulacijom
2
SKALA predstavlja razmjeru „y“ ose za
odzive prikazane na slikama 6.1 - 6.6. Skala
za aktivnu snagu sa slike 6.1 je od 0% do
400% nominalne snage generatora. To znači
da na grafiku 6.1 vrijednosti 60% odgovara
0% nominalne snage, a vrijednosti 140%
odgovara vrijednost 400% nominalne snage
generatora (u ovom slučaju aktivna snaga u
ustaljenom stanju je oko 25% Pn ).
blok prekidač, sopstvena potrošnja
elektrane, transformator, pobudni
sistem, turbinski regulator i blokovi
za mjerenja. Za regulaciju protoka
fluida iskorišćen je turbinski
regulator koji postoji u biblioteci
SimPowerSystem u Simulinku, dok
[100]
pobude postoji i ovo polje. Ta dva
polja se okreću istom brzinom i
stvaraju zajedničko polje u mašini.
Međutim, prisustvo polja armature
izaziva promjenu polja koje formira
pobudni namotaj. U teoriji sinhronih
mašina magnetsko djelovanje
energija
Slika 6.5. Odzivi karakterističnih veličina prilikom izbacanja
blok prekidača, pri 10MW i 10MVAr, koje je dobio
VOITH Siemens mjerenjem u HE „Perućica“
Slika 6.6. Odzivi karakterističnih veličina prilikom izbacanja blok prekidača, pri 10MW i 10MVAr, dobijeni
simulacijom
Tabela I: Skala “y” ose odziva sa slika 6.1 i 6.2
Tabela II: Skala “y” ose odziva sa slika 6.3 i 6.4
da bi se napon
održavao na
konstantnoj
vrijednosti.
Ako bi pri tako
opterećenoj
mašini došlo do
ispada nekog
od dalekovoda
koje generator
napaja (ili ako
dođe do izbacanja
blok prekidača), u mašini bi nastao
višak fluksa pobude, jer je pobuda
forsirana da poništava reakciju
armature. Veliki pobudni fluks bi
izazivao naglo povećanje napona na
krajevima generatora. Zbog toga je
potrebno da postoji takav pobudni
sistem čiji će automatski regulator
napona odmah reagovati i spriječiti
povećanje napona. Tačnije, potrebno
je da regulator napona naglo izvrši
smanjenje napona pobude, a samim
tim i struju pobude da bi se napon na
krajevima generatora smanjio.
Na slikama 6.1-6.6 prikazani su
odzivi koji se dobijaju simulacijom
izbacanja blok prekidača generatora
u HE „Perućici“, kao i njima
odgovarajući odzivi koje je dobio
VOITH Siemens mjerenjem u HE
„Perućica“ prilikom instalacije ovog
Tabela III: Skala “y” ose odziva sa slika 6.5 i 6.6
armature na pobudno polje naziva se
reakcija armature [1].
Najčešći slučaj opterećenja u mreži
je induktivno-omsko opterećenje.
Reakcija armature pri čisto omskom
opterećenju djeluje poprečno u
odnosu na polje pobude, odnosno
vrši deformaciju polja pobude. Sa
druge strane, reakcija armature
pri induktivnom opterećenju je
demagnetišuća, i direktna, pa je
ukupni fluks u mašini pri čisto
induktivnom opterećenju manji
nego u praznom hodu mašine.
Saglasno ovome, ako je opterećenje
induktivno-omsko, tada je reakcija
armature poprečna i demagnetišuća.
Sa porastom opterećenja, napon na
krajevima mašine opada i zbog toga
se djeluje na povećanje pobude,
[101]
statičkog pobudnog sistema. Sa slika
se jasno vidi da je pri većoj početnoj
vrijednosti reaktivne snage (a samim
tim i pri većoj vrijednosti pobudne
struje i napona), skok napona veći,
jer je pobuda bila više opterećena.
Na slikama 6.3-6.6 prikazana je
situacija kada je, nakon izbacanja
blok prekidača, regulatoru data
naredba da podesi vrijednost napona
na nominalnu vrijednost (generator
nastavlja da radi u praznom
hodu). Skale za tumačenje „y“ ose
prikazanih grafika prikazane su u
Tabelama I, II i III.
Posmatrajući prikazane odzive
uočava se dobro poklapanje
simuliranih i stvarnih odziva, što
potvrđuje tačnost realizovanih
modela i logiku rada pobudnog
sistema na dejstvo poremećaja.
6. Zaključak
U ovom radu je prikazana simulacija
izbacanja blok prekidača generatora
u HE „Perućica“. S’tim u vezi,
upotrebom programskog paketa
Matlab-Simulink, realizovan je
model jednog generatora u HE
„Perućica“ sa blok prekidačem, bloktransformatorom i dalekovodom do
Podgorice. Isto tako, prikazan je i
energija
realizovani model pobudnog sistema
ovoga generatora.
Analizom dobijenih odziva u
simulaciji i odziva koje je dobio
Voith Siemens mjerenjem u HE
„Perućica“, uočava se dobro
poklapanje rezultata, kako po
vrijednostima karakterističnih
veličina, tako i po brzini njihove
promjene. Isto tako, potvrđuje
se i jasna teorija koja važi za rad
pobudnih sistema u uslovima
ispada blok prekidača, pri
različitim vrijednostima reaktivnog
opterećenja.
Zbog toga, realizovani Simulink
model jednog generatora u HE
„Perućica“ sa blok prekidačem, bloktransformatorom i dalekovodom, kao
i model pobudnog sistema Thyricon
može biti iskorišćen za ispitivanja i
drugih poremećaja u mreži.
Literatura
[1] M. Ostojić: Sinhrone Mašine,
UNIREKS-Nikšić, 1994 godine
[2] M. Ćalović: Regulacija
elektroenergetskih sistema, Tom
2, ETF Beograd, 1997.
[3] IEEE Recommended Practice
for Excitation System Models for
Power System Stability Studies,
IEEE Std 421.5-1992, IEEE,
New-York, NY, USA, 1992.
[4] Excitation system models for
power system stability studies,
IEEE Transactions on Power
Apparatus and Systems, Vol.
PAS-100, No. 2, February 1981
[5] M. Ćalasan, R. Vukotić: Pobudni
sistemi sinhronih generatora koji
su u funkciji u HE Perućica, CG
KO CIGRE, Miločer, oktobar
2009.
[6] Tehnička dokumentacija statičkog
pobudnog sistema sinhronih
generatora u HE ”Perućica”
[7] M. Ćalasan, M. Ostojić:
Ispitivanje dejstva step smetnje
na referentnu vrijednost napona
generatora sa pobudnim
sistemom Thyricon, ETF Journal
of Electrical Engineering,
Podgorica, Novembar 2009.
[8] M. Ćalasan, M. Ostojić: GUI
model za ispitivanje dejstva step
smetnje na referentnu vrijednost
napona generatora, Žabljak,
Informacione tehnologije, februar
2010.
[9] M. Ćalasan, M. Ostojić:
Ispitivanje limitera pobudne
struje statičkog pobudnog
sistema sinhronih generatora
u HE Perućica, Međunarodno
savetovanje ENERGETIKA
2010, Zlatibor, mart 2010.
[10] M. Ćalasan, M. Ostojić:
Simulacija rada limitera
podpobude statičkog pobudnog
sistema sinhronih generatora u
HE „Perućica“, ETRAN, Donji
Milanovac, jun 2010.
[11] D. Arnautović, Z. Ćirić,
I. Stevanović, Ð. Stojić:
Regulacija pobude sinhronih
generatora: iskustva i razvoj,
JUKO-CIGRE, Vrnjačka Banja,
oktobar 2007.
[12] D. Arnautović, Z. Ćirić,
I. Stevanović, Ð. Stojić:
Rekonstrukcija sistema
regulacije pobude
turboagregata A5 u TE “Nikola
Tesla”, Obrenovac, Zlatibor, jun
2005.
[13] D. Arnautović: Automatska
regulacija elektroenergetskih
sistema, Institut Nikola Tesla,
2007.
[14] Recommended Models for
Overexcitation Limiting
Devices, IEEE Transactions on
Energy Conversion, Vol. 10, No.
4, December 1995.
[15] C. R. Mummert, „Excitation
System Limiter Models for use
in System Stability Studies”,
IEEE Cutler Hammer Division
of Eaton Corp. Arden, USA
[16] G. K. Girgis, H. D. Vu:
Verification of limiter
performance in modern
excitation control systems,
IEEE Transactions on Energy
Conversion, Vol. 10, No. 3,
September 1995.
[17] M. L. Orozco, H. Vásquez:
Dynamic Performance of an
Excitation System Built in a
Digital Way, Universidad del
Valle, Colombia
[18] G. Roger Bérubé, Les M.
Hajagos, R. E. Beaulieu: A
Utility Perspective on UnderExcitation Limiters, IEEE
Transactions on Energy
Conversion, Vol. 10, No. 3,
September, 1995.
[19] H. J. Herrmann, D. Gao:
Underexcitation Protection
based on Admittance
Measurement, Siemens Power
Automation, Nuremberg,
Germany
[102]
[20] S. Patterson: Overexcitation
Limiter Modeling for Power
System Studies, Denver, USA
[21] T. V. Cutsem, C. Vouras: Voltage
Stability of Electric Power
Systems, Hardcover Edition,
Springer Science 1998.
[22] M. Shimomura, Y. Xia, J.
Paserba: A New Advanced
Over Excitation Limiter for
Enhancing the Voltage Stability
of Power Systems, Mitsubishi
Electric Power Products, Inc.
Warrendale, Pennsylvania, USA
[23] G. Erceg, N. Tonković, R.
Erceg: Excitation Limiters for
Small Synchronous Generators,
Automatika 42(2001) 1-2, 6369, 2001.
[24] K. Schoder, A. Hasanović, A.
Feliachi, A. Hasanović: PAT
- A Power Analysis Toolbox
for MATLAB/Simulink, IEEE
Transactions on Power Systems,
Vol. 18, no. 1, february 2003.
[25] H. Weber, F. Prillwitz:
Simulation models of the hydro
power plants in Macedonia and
Yugoslavia, IEEE Conference
Bologna Power Technology,
Bologna – Italy, june 2003.
[26] A. N. Abd Alla: Simulation
Model of Brushless Excitation
System, American Journal of
Applied Sciences, pp. 10791083, 2007.
energija
Biljana Ćurčić, dipl.inžinjer
JP SRBIJAGAS, Beograd, Srbija
UDC: 662.76 : 339.5
Gasna kriza kao upozorenje
i mere za povećanje
digurnosti snabdevanja
Sažetak
Poslednja gasna kriza koja se desila početkom 2009.godine, posebno je pogodila zemlje jugoistočne Evrope. Srbiji,
jugoistočnoj Evropi kao i najvećem delu evropskog tržišta, čije se snabdevanje ruskim gasom odvija uglavnom preko
teritorije Ukraine, bio je prekinut transport gasa na do tada nezapamćen način.
Uzroci i način na koji se kriza desila, kao i mogućnost ponavljanja sličnih okolnosti nedvosmisleno su ukazale
na potrebu da se države članice Energetske zajednice i njene gasne privrede organizuju na nacionalnom ali i na
regionalnom nivou, kako u kratkoročnom tako i u dugoročnom pogledu, a u cilju postizanja sve bolje sigurnosti
snabdevanja tržišta. Članice Energetske zajednice će sledeći pravila definisana Ugovorom o osnivanju Energetske
zajednice imati smernice Evropske komisije.
Zahvaljujući takvom razvoju, aspekt sigurnosti snabdevanja tržišta kao strateški pristup blagovremenog stvaranja
sistemskih uslova za sigurno obezbeđenje tržišta uopšte energijom pa i gasom, aktuelnim zbivanjima, dobija na sve
većem značaju.
Direktiva 2004/67/EC po prvi put je definisala pravni okvir u kome je aspekt sigurnosti snabdevanja tržišta bio za sve
članice EU. Energetska zajednica jugoistočne Evrope prema Ugovoru osnivanja, koji je potpisan, ratifikovan i stupio
na snagu jula 2006 godine, će kroz prihvatanje pravnog okvira EU za energetiku usvojiti i započeti primenu nove
Uredbe Evropskog Parlamenta i Saveta o merama zaštite sigurnosti snabdevanja gasom na osnovu koje prestaje da
važi Direktiva 2004/67/EC.
Ključne reči: uvozni gas, gasna kriza, sigurnost snabdevanja, direktiva
GAS CRISYS AS A WARNING AND MEASURES TO INCREASE SECURITY OF GAS SUPPLY
The gas crisis in early 2009 has threatened especially the countries of South-East Europe. Natural gas transmission
to Serbia, South-East Europe and the most part of the European market supplied with the Russian gas through the
territory of Ukraine, has been interrupted in a way not experienced before.
The reasons for crisis and its modalities, as well as the possibility of the similar circumstances in the future, clearly
point out the necessity for the member countries of the European Community and their gas industries to gather at the
national but also regional level in order to achieve a better security of supply in both short and long term. The member
countries of the EC are going to implement the requirements stipulated under the Treaty in line with the guidelines of
the European Commission.
Thanks to the latest developments, the aspect of security of market supply as a strategic approach towards creation of
the systemic provisions for secure energy supply becomes an issue of great significance.
Directive 2004/67/EC stipulates, for the first time, a legal framework including common supply security aspect for all
the EU members. The Treaty on establishing Energy community of South-East Europe (signed, ratified and effective
since July 2006) defines adopting of the common framework in the energy sector, as a base for implementation of the
new Regulation of the European Parliament and of the Council concerning measures to safeguard security of gas
supply and repealing Directive 2004/67/EC.
Keywords: import gas, gas crisis, security of supply, Directive
I Uvod
U energetskom pogledu, januar 2009.
godine, ostaće zapamćen pre svega
pо gasnoj krizi koja se desila i koja
je tom prilikom, posebno pogodila
zemlje jugoistočne Evrope (1).
Snabdevanje prirodnim gasom iz
Rusije, kako evropskog i tržišta
[103]
jugoistočne Evrope, tako i Srbije,
odvija se uglavnom preko Ukraine,
i bilo je prekinuto na do tada
nezapamćen način. Prema podacima
energija
iz istraživanja UNECE Sustainable
Energy Division urađenih decembra
2009.godine, čak 42% ukupnih
potreba za prirodnim gasom
evropsko tržište zadovoljava iz
Ruske Federacije, a 80% od tih
količina transportuje se preko
gasovodne infrastrukture Ukraine
(2).
Potrebno je naglasiti, da i pored
dominantnih resursa prirodnog gasa
od ukupno 250 000 mlrd m3 od čega
dokazane rezerve iznose 48 000 mlrd
m3 ili 26% ukupnih svetskih rezervi
gasa, zbog svetske finansijske krize
i drugih nepovoljnih ekonomskih
uticaja proizvodnja prirodnog gasa
u Rusiji u 2009.godini pala je za
12,3% a izvoz gasa za 18,8% (3). U
2010 godini je registrovan ponovni
rast proizvodnje prirodnog gasa na
650 mlrd m3, što znači da je približno
dostignut nivo proizvodnje iz 2008.
godine (4).
Strateškim planovima Ruske
Federacije, predviđeno je do 2020.
godine otvaranje i eksploatacija
novih gasnih polja, te povećanje
ukupnih proizvodnih količina.
Prema podacima IEA, u 2008 godini
Ruska Federacija je sa proizvodnjom
prirodnog gasa zauzimala prvo
mesto na svetu sa proizvedenih
657 milijardi m3, dok je izvoz tada
realizovan sa 187 milijardi m3 (5).
Jednostrani prekid tranzita prirodnog
gasa preko Ukraine, koji je usledio
na početku 2009. godine desio se u
vreme svetske finansijske krize i u
periodu izuzetno hladne zime i niskih
temperatura, koje su registrovane u
dužem vremenskom periodu u većini
evropskih zemalja.
Nedostatak neisporučenih količina
gasa u pojedinim zemljama
prevazidjene su na različite načine
i može se konstatovati, da zemlje
sa razvijenim gasnim tržištom i
mogućnostima snabdevanja iz
više izvora i pravaca, nisu imale
značajnijih problema u obezbeđenju
svojih potreba za gasom. Najveće
probleme imale su zemlje, koje
su najvećim delom zavisne od
uvoznog gasa, jednog izvora i puta
snabdevanja i koje nisu razvile ostale
mehanizme poboljšanja sigurnosti
snabdevanja tržišta.
II Gasna kriza u Srbiji
Srbija je jedna od zemalja koje
su ovom krizom bile najviše
pogodjene, te i sa ove vremenske
distance ne smemo da zaboravimo
kakve probleme i posledice je takva
situacija proizvela.
Domaća proizvodnja gasa u Srbiji
je na nivou od 8 do 10% bilansnih
potreba zemlje i u 2009 godini
iznosila je svega 193 miliona m3
gasa. Pored velike uvozne zavisnosti
za obezbeđenje bilansnih potreba
zemlje u oblasti gasa, postoje i drugi
ograničavajući faktori, kao što je
velika sezonska oscilacija potreba
tržišta, postojeća infrastruktura sa
jedinim putem za uvoz gasa iz Rusije
preko Ukraine i Mađarske, kao i
limitirani ugovorni kapaciteti za
tranzit gasa kroz Mađarsku i dr.
Kao rezultat takvih ograničenja,
na ulazu u gasovodni sistem na
primo-predajnoj stanici Horgoš,
na raspolaganju je maksimalno 10
miliona m3 na dan.
U zimskim uslovima kada vladaju
niske temperature to je nedovoljno,
odnosno trebalo bi raspolagati sa
količinama i do 15 miliona m3
prirodnog gasa dnevno.
Kada je zbog gasne krize nakon
smanjivanja isporuka došlo i do
potpune obustave dotoka uvoznog
gasa, na raspolaganju su ostale samo
količine iz domaće proizvodnje koje
su u tom momentu iznosile 0,5
miliona m3 dnevno i isto toliko gasa
se povlačilo iz podzemnog skladišta
u Banatskom Dvoru. Ukupne
količine od 1 milion m3 gasa na
dnevnom nivou, bile su više nego
nedovoljne.
Prevazilaženje gasne krize se
odvijalo u nekoliko pravaca. Kao
prva mera, koja je preduzeta još
prilikom početka krize odnosno od
momenta kada je počelo smanjivanje
transportovanih količina gasa
iz Ukraine, bila je da se izvrši
supstitucija gasa drugim oblicima
energije, gde god je to bilo moguće.
Supstitucija je pre svega vršena,
mazutom i električnom energijom.
Raspoložive zalihe mazuta nisu
bile dovoljne, te je realizovan i
naknadni uvoz iz Rafinerije u Brodu,
dok je elektroenergetski sistem u
tom periodu bio prenapregnut i
dostigao je svoj maksimum, kako u
proizvodnom tako i u distributivnom
pogledu. Deo termo-energetskih
postrojenja odnosno jedanaest
toplana, koje isključivo mogu
da koriste prirodni gas i oko 50
000 domaćinstava su u momentu
potpune obustave gasa, ostale bez
mogućnosti za zamenu sa drugim
energentom.
Drugi važan momenat u
prevazilaženju situacije, bio je da
[104]
su Vlada Republike Srbije i JP
Srbijagas, ugovorili interventni uvoz
gasa od EON-a i MOL-a. S obzirom,
da je Srbija jedna od zemalja
potpisnica Ugovora o osnivanju
zajedničkog energetskog tržišta
Jugoistočne Evrope, postojao je
olakšavajući pravni okvir da zemlje
članice EU mogu da pomognu u
periodu krize, ugovaranjem isporuka
odgovarajućih količina gasa (6).
U kriznom periodu realizovan je
interventni uvoz iz:
• MOL -a (ukupno isporučena
količina gasa iznosila je 24
miliona m3 ) i
• EON-a
(ukupno isporučena
količina gasa iznosila je 29,3
miliona m3 ).
Urgentni uvoz gasa na dnevnom
nivou iznosio je 4,7 miliona m3,
dok je 0,5 miliona m3 povlačeno
iz skladišta u Banatskom Dvoru i
isto toliko iz domaće proizvodnje.
Raspoloživo za tržište Srbije i
BIH, bilo je ukupno 5,7 miliona m3
dnevno, što je u takvim vremenskim
uslovima iznosilo približno 30%
dnevnih potreba (7). Analizom
realizacije Energetskog bilansa
za 2009.godinu u oblasti gasa,
konstatovano je da je kao posledica
gasne krize, realizacija uvoza u
2009.godini u Srbiji bila na nivou
od 1.758 miliona m3 gasa, što je za
33% manje u odnosu na prethodnu
godinu.
Sve vreme, tranzit gasa za BIH se
odvijao normalno.
III Posledice krize i lekcija
za budućnost
Posledice krize ogledale su se pre
svega na planu neispunjenja obaveza
iz domena delatnosti od javnog
značaja odnosno ne zadovoljenja
potreba privrede i građana u pogledu
blagovremenog i neophodnog
snabdevanja prirodnim gasom, a u
skladu sa bilansnim potrebama.
Posledice toga bile su brojne, kao na
primer:
• Zaustavljanje proizvodnih procesa
u mnogim preduzećima, te
ekonomske i finansijske posledice
• Gubitak posla za veći broj radnika,
pa samim tim ostajanje i bez zarade
• Veći broj građana se razboleo
zbog nemogućnosti da mu se
isporuči toplotna energija preko
toplana koje su isključivo na gas
ili nedostatka gasa za individualno
grejanje u domaćinstvima
• Porast troškova lečenja građana i dr.
energija
Nastale posledice bile su pre svega
finansijsko-ekonomskog i socijalnog
karaktera. Dakle, veći broj pravnih
i fizičkih lica bilo je ugroženo i
oštećeno.
Kao rezultat svega je percepcija
aspekta sigurnosti snabdevanja
tržišta koja se u značajnoj meri
promenila od tog momenta, kako
kod odgovornih za obezbeđenje
bilansnih količina gasa, isto tako i
kod potrošača.
Takodje je sigurno, da se energetska
politika pa i politika u oblasti gasa
mora usmeravati sve više i sa aspekta
potrebe da se povećava sigurnost
snabdevanja tržišta gasom.
Lekcija je naučena!
Zajedničkim naporima, Vlada
Republike Srbije i JP Srbijagas
su nakon gasne krize, predvideli
kratkoročne i dugoročne mere za
povećanje sigurnosti snabdevanja
tržišta gasom.
Zahvaljujući preduzetim
kratkoročnim merama za poboljšanje
sigurnosti snabdevanja tržišta u
aktuelnoj zimskoj sezoni smo imali:
• Uvoz iz Rusije na nivou od 10
milion m3 gasa dnevno
• Domaću proizvodnju od oko 1
miliona m3 gasa dnevno
• Količine gasa iz podzemnog
skladišta Banatski Dvor od oko 1
milion m3 gasa dnevno
• Količine gasa iz skladišta gasa u
Mađarskona nivou od 1 miliona
m3 gasa dnevno u skladu sa
Ugovorom između JP Srbijagas i
EON
Na taj način, su zimske sezone
2009/2010 i 2010/2011 godine, bile
obezbeđene sa količinama gasa
neophodnih za potrebe tržišta gasa u
Srbiji i tranzit gasa za BIH.
Dugoročne mere predstavljaju
strateške mere i zasnovane su
na Strategiji razvoja energetike
Republike Srbije do 2015 godine,
kao i politike razvoja gasnog sektora
(8). Prioriteti dugoročne politike
predstavljaju:
• Završetak izgradnje druge faze
podzemnog skladišta Banatski
Dvor sa kapacitetom od 6 miliona
m3 gasa dnevno
• Planiranje izgradnje novog
podzemnog skladišta u Banatskom
Itebeju
• Diversifikacija izvora i puteva
snabdevanja gasom
IV Direktiva saveta
2004/67/EC o merama za
održavanje sigurnosti
snabdevanja tržišta
Direktiva 2004/67/EC o merama za
održavanje sigurnosti snabdevanja
prirodnim gasom predstavlja okvir
kako pravni tako i sa aspekta
uspostavljanja međusobnih relacija
u EU, a u cilju ostvarivanja
zajedničkih interesa u pogledu
sigurnosti snabdevanja tržišta gasom.
Donošenjem Direktive 2004/67/
EC, tada je na nivou EU prepoznat
značaj:
• Važnosti gasa kao energenta
• Potrebe konstantnog praćenja
kretanja na tržištu
• Potrebe diversifikacije izvora i
puteva snabdevanja
• Kontinuiranog investiranja u gasnu
infrastrukturu
• Podsticanja konkurencije
• Razvoja solidarnosti u slučaju
većih kriza
• Osnivanja Gasne koordinacione
grupe koja treba da koordinira
mere za sigurnost snabdevanja na
nivou EZ u slučaju značajnijeg
prekida u snabdevanju i dr (9).
EC je razmatrajući rast potreba
tržišta za prirodnim gasom, kao i
porast uvozne zavisnosti evropskog
tržišta, utvrdio da je unutrašnje
tržište centralni elemenat povećanja
sigurnosti snabdevanja tržišta.
Poslednje dve godine na nivou
EC intezivno se radilo na izmeni
Direktiva za gas, te u tom smislu
sada možemo govoriti o Trećem
paketu direktiva za gas. Osnovni
cilj izmenjene direktive 2004/67/
EC je da promoviše jasna pravila i
odgovornosti svih članica, regulatora,
sistem operatora i ostalih učesnika
na tržištu. Supstitucija gasa sa pre
svega obnovljivim izvorima energije,
ostaje kao jedan od značajnih načina
za smanjenje potrošnje prirodnog
gasa i jedan od bitnih načina za
povećanje sigurnosti snabdevanja
tržišta. Kroz ovu reviziju direktive,
pre svega podstiče se infrastrukturni
razvoj, imajući u vidu dugoročno
planiranje preko graničnih i ostalih
infrastrukturnih kapaciteta koji bi uz
racionalnu potrošnju gasa obezbedile
povećanje sigurnosti snabdevanja
tržišta.
V Zaključak
Nesporno je, da je gasna kriza koja
se dogodila početkom 2009.godine
pogodila vise evropskih zemalja,
a posebno zemlje Jugoistočne
Evrope. Srbija je jedna od zemalja,
[105]
koje su imale značajne ekonomske,
finansijske i socijalne posledice, kao
rezultat obustavljanja tranzita gasa
kroz Ukrainu. Bilateralni geopolitički
i ekonomski nesporazumi, kao što je
to bilo i u slučaju gasne krize, donose
probleme ne samo bilateralno, već i
na širem planu.
Posle perioda gasne krize, postalo
je jasno da postepenim uvođenjem
mera iz Direktive 2004/67/EC,
može da se doprinese sigurnijem
snabdevanju tržišta.
Za očekivanje je, da će zemlje
potpisnice Ugovora o osnivanju
Energetske zajednice, postepeno
slediti mere koje preporučuje
Direktiva o merama za održavanje
sigurnosti snabdevanja prirodnim
gasom.
Republika Srbija je preduzela
odgovarajuće kratkoročne i intezivno
radi na razvoju dugoročnih mera
u vezi sa poboljšanjem sigurnosti
snabdevanja tržišta prirodnim gasom.
VI Referenc
(1) Aleksandar Kovačević, The
Impact of the Russia-Ukraine Gas
Crisis in South Eastern Europe,
Oxford Institute for Energy
Studies, March 2009
(2) Jelena Torbica, Gas Crisis Report,
UNECE Sustainable Energy
Division,Working Party on
Gas,Geneva, January 2010, www.
unece.org
(3) S.Pankratov, Current situation
and strategic development of
Russian Gas Industry, Working
Party on Gas, Geneva, January
2010, www.unece.org
(4) Sergey Balashov, Development
of Gas Industry of the Russian
Federation in 2010, Working
Party on Gas, Geneva, January
2011, www.unece.org
(5) IEA, Key World Energy Statistics
2009, Paris, December 2009
(6) Energy Community, Treaty
Establishing the Energy
Community, Athena 2006, www.
energy-community.org
(7) Biljana Ćurčić, Serbian Gas
Sector in 2009,Working Party on
Gas,Geneva, January 2010, www.
unece.org
(8) Vlada Republike Srbije,
Strategija razvoja energetike
Republike Srbije do 2015 godine,
Beograd, 2002, www.mem.gov.rs,
(9) EC, Direktiva 2004/67/EC, Brisel
2004,www.eur-lex.europa.eu
energija
Vladan Ivanović, Dečan Ivanović, Vladimir Pajković
Univerzitet Crne Gore, Mašinski fakultet, Podgorica
UDC: 628.4.03 : 628.474.3
Trigeneracija sa deponijskim
gasom
1. Uvod
Danas postoje i razvijaju se
mnogobrojni procesi kojima je
moguće čvrsti komunalni otpad
pretvoriti u korisnu energiju.
Na raspolaganju su spaljivanje,
gasifikacija, piroliza, anaerobna
digestija, plazma tehnologije,
peletelizacija i sanitarne deponije
(deponijski gas). Danas su
najzastupljeniji procesi spaljivanja
i sanitarnog odlaganja otpada. Grad
Podgorica se odlučio za izgradnju
sanitarne deponije, što je dobar
izbor kada površina zemljišta pod
deponijom nije problem i kada se
preduzmu odgovarajuće mere za
tretiranje ocednih voda i deponijskog
gasa [1].
2. Sanitarna deponija
“Livade”
Deponija čvrstog komunalnog otpada
nalazi se jugoistično od Podgorice
na udaljenosti 5 km od centra grada,
na lokaciji «Livade», po kojoj je i
dobila ime. Sanitarna deponija (u
konačnom obliku) treba da se sastoji
od 6 kada za odpad dimenzije 100 x
200 m, koje su locirane u središnjem
dijelu kompleksa. Svaka kada ima
ugradjen sistem za sakupljanje i
dispoziciju ocednih voda, sistem za
kaptaciju i dispoziciju deponijskog
gasa, i sistem za sakupljanje i
dispoziciju čistih atmosferskih
voda. U prvom periodu predvidja
se izgradnja ukupno 1.500.000 m3
deponije, sa tri kade od po 500.000
m3.
Sistem za kaptaciju deponijskog
gasa zasniva se prvenstveno na
mreži sačinjenoj od vertikalnih
ekstrakcionih bunara koji se u toku
Sažetak
Na sanitarnoj deponiji „Livade“ u Podgorici vrši se kontrolisano sakupljanje
i spaljivanje deponijskog gasa. Time se metan, glavni sastojak deponijskog
gasa, uništava. To značajno doprinosi smanjenju emisije gasova sa efektom
staklene bašte.
Još je efikasnije ako se deponijski gas koristi kao gorivo za proizvodnju
električne i/ili toplotne energije. Na taj način se ukupna emisija štetnih
gasova značajno smanjuje.
Jedan od mogućih načina njegove ekonomske valorizacije kroz izgradnju
trigeneracionog sistema prikazan je u radu.
Ključne reči: deponijski gas, čvrsti komunalni otpad, trigeneracija.
TRIGENERATION WITH LANDFILL GAS
On the sanitary landfill „Livade“ in Podgorica the controlled collecting
and burning of landfill gas is performed. On that way, the methane, main
component of landfill gas is destroyed. That significantly contributes to
reducing emissions of greenhouse gases.
It is even more effective if landfill gas is used as a fuel for producing
electricity and/or thermal energy. In this way, the total emission of harmfull
gases is significantly reduced.
One possible way of its economic valorization through construction of
trigeneration system is shown in the paper.
Key words: landfill gas, municipale solid waste, trigeneration.
popunjavanja deponije prave po
principu uzdizanja. Ovakav sistem
omogućava da se izvrši kaptacija
deponijskog gasa i na aktivnim
deponijama, deponijama koje još
primaju otpad, odnosno u fazi
popunjavanja deponije [2].
3. Mogućnosti korišćenja
deponijskog gasa
Deponijski gas, koji se proizvodi
anaerobnom digestijom, sastavljen
je kao mešavina stotina različitih
gasova. Po zapremni, može se reći da
se sastoji prevashodno od dva gasa:
40-60% metana (CH4) i 40-60%
ugljendioksida (CO2). U kombinaciji
[106]
sa tim gasovima često su prisutni
i kiseonik (O2) i azot (N2), jer su
kao vazduh prisutni u slobodnim
međuprostorima u otpadu ili su
privučeni iz atmosfere dinamičkim
djelovanjem aspiracije. U manjim
količinama ima i amonijaka, sulfida,
vodonika, ugljenmonoksida i
veliki broj nemetanskih organskih
komponenti (NMOCs).
Iskustva u mnogim zemljama
pokazuju da je deponijski gas
moguće iskoristiti kao zamenu
drugim energetskim izvorima
[3-6]. Kako je energetska vrednost
deponijskog gasa koji sadrži 50%
metana oko 17500 kJ/m3, odnosno
energija
oko 5 kWh/m3 na raspolaganju
je veliki energetski potencijal jer
se njegova proizvodnja odvija
neprekidno 24 sata.
Energija koju sadrži deponijski gas
može se iskoristiti na više načina
što zavisi prvenstveno od lokalnih
uslova [7-9].
Deponijski gas se može direktno
kao srednje kvalitetno osnovno
ili dopunsko gorivo spaljivati u
kotlovima ili industrijskim pećima.
Na ovaj način gas se cevovodom
odvodi do obližnjeg potrošača gde
se upotrebljava uz odgovarajuće
modifikacije u postojećim ili
novim uređajim za sagorevanje.
Ovakav način korišćenja ne zahteva
poseban tretman deponijskog gasa.
Odstranjivanje vlage i osnovna
filtracija gasa se podrazumevaju.
Uobičajeni način korišćenja je
da se deponijski gas koristiti kao
gorivo u gasnim klipnim mašinama
ili turbinama za proizvodnju
električne energije ili još efikasnije
u kogeneracionim postrojenjima sa
gasnim mašinama. Ovakvi procesi
zahtevaju opremu za prečišćavanje i
hlađenje deponijskog gasa jer vlaga,
vodonik-sulfid, siloksini i prašina
koje deponijski gas sadrži štetno
utiču na rad gasnih postrojenja.
Jedan od načina je i dodavanje
obogaćenog deponijskog gasa, kao
visoko kvalitetnog goriva u sisteme
gradskih gasovoda sa prirodnim
gasom. Za ove procese neophodno
je uklanjanje ugljen-dioksida i
gotovo svih štetnih komponenti iz
gasa. Tehnologije za ovakav način
korišćenja postoje i nije u pitanju
tehnički već ekonomski aspekt šireg
korišćenja ovih procesa.
Najbolja opcija za određene deponiju
zavisi od više faktora a posebno od
postojanje dostupnog energetskog
tržišta odnosno odgovarajućih
potrošača kao i troškova realizacije
projekta. Problem korišćenja
deponijskog gasa sa gradske deponije
“Livade” je nedostatak bilo kakvih
potrošača u blizini. Ukoliko se želi
korišćenje deponijskog gasa na licu
mesta, što je idealan slučaj, onda je
trenutno jedini izbor proizvodnja
samo električne energije pomoću
gasnih motora. Problem predstavlja
nedostatak adekvatne trafostanice
u blizini na koju bi se priključenje
izvršilo.
4. Idealan potrošač
deponijskog gasa
Nikako ne treba zaboraviti
činjenicu da se deponijski gas
kaptira neprekidno 24 časa i da
je neophodno njegovo trenutno
korišćenje, jer se u suprotnom odvodi
na baklju i spaljuje, bez njegove
ekonomske valorizacije, obzirom da
danas nema ekonomski opravdanog
načina njegovog skladištenja.
Jedini potrošač koji danas sigurno
radi, a to će biti sigurno i u buduće,
i koji koristi sve vidove energije
tokom cele godine je gradska
bolnica koja se nalazi na oko 7 km
od deponije [10]. Zašto su bolnice
pogodne za upotrebu deponijskog
gasa? Bolnice su veliki potrošači
koji imaju 24/7/365 zahteve za
električnom, toplotnom i rashladnom
energijom koji su vremenski dobro
usklađeni. Kod njih je moguća
upotreba trigeneracionih sistema,
odnosno načina za maksimalno
iskorišćenje primarnog goriva
Tabela 1 Potrošnja energenata Opšte bolnice
Tabela 2 Potrošnja energenata po godišnjim dobima
[107]
[11]. Uobičajeno u svom krugu
imaju odgovarajuće energane sa
kvalifikovanim osobljem koje može
da vodi jedan složeni trigeneracioni
proces. Bolnice uz to zahtevaju i
pouzdano napajanje električnom
energijom sa stabilnim naponom.
Za primer izbora trigeneracionog
sistema koji koristi deponijski gas
izabrana je opšta bolnica Kliničkog
centra u Podgorici. Opšta bolnica
se snabdeva iz Energane centra uz
ostale objekte priključene na nju
koji iz nje troše isključivo toplotnu
energiju. Potrošnja energenata Opšte
bolnice data je u tabeli 1.
Na osnovu potrošnje energenata,
uzimajući u obzir da je razlika
u potrošnji električne energije
u zimskim i letnjim mesecima,
prvenstveno rezultat hlađenja
split sistemima, uz pretpostavku
ugradnje dvostepenog apsorpcionog
hladnjaka (COP=1.1) jer je na
raspolaganju zasićena para, izvršena
je procena potrošnje po godišnjim
dobima data u tabeli 2. Toplotna
opterećenja u prelaznom periodu su
za potrebe grejanja i hlađenja objekta
procenjene na 40% od maksimalnih
zahteva.
Vidi se da je potrošnja energenata
u Opštoj bolnici takva da znatno
prevazilaze moguću proizvodnju
od očekivane količine kaptiranog
deponijskog gasa, sa kada 1 i 2,
od 250 m3, što znači da će se sva
količina deponijskog gasa sigurno
potrošiti. Moguća uprošćena toplotna
šema povezivanja sistema sa gasnim
klipnim motorom na deponijski gas
je data na slici 1.
U tabeli 3 je dat uprošćeni
proračun preliminarne finansijske
analize ovakvog načina korišćenja
deponijskog gasa. Kako je sistem
za kaptaciju deponijskog gasa na
kadi 1 izveden, a na kadi 2 je u toku
podizanja uključujući i odgovarajuću
opremu za spaljivanje deponijskog
gasa ti troškovi nisu obuhvaćeni
proračunom. Odnosno proračunom
nije obuhvaćena cena proizvedenog
deponijskog gasa za slučaj da se on
tretira kao roba.
Proračun je urađen za očekivanu
količinu kaptiranog deponijskog
gasa, sa kada 1 i 2, od 250 m3 koja
se očekuje od 2015. godine sa
uobičajenih 50% metana [3].
Pretpostavka je da se oko 10%
proizvedene energije troši na
sopstvenu potrošnju. Cena toplotne
energije je cena zamenjenog teškog
tečnog goriva koje se uobičajeno
energija
Slika 1 Uprošćena šema predloženog trigeneracionog postrojenja
rizika uništavanjem
većine nemetanskih
organskih
komponenti i štetnih
zagađivača vazduha
koji doprinose
pojavi smoga u
lokalnoj zoni kao i
smanjenju opasnosti
od eksplozije
uzrokovanih
akumulacijom
deponijskog gasa;
− koristi od
smanjenja
indirektnih emisija
zbog zamene
proizvodnje
električne i toplotne
energije nastale od
fosilnih goriva, kao
ni moguće koristi
od promovisanja
obnovljivih
izvora energije i
uvođenja čistih i
energetski efikasnih
tehnologija.
Ako se posmatra
samo ekonomski
aspekt korišćenja
deponijskog
gasa, onda male
deponije, kakva je „Livade“, koje
primaju ispod 200 t/dan otpada, i
nemaju mogućnosti korišćenja svih
vidova energije na licu mesta, nisu
isplative za komercijalnu valorizaciju
deponijskog gasa [6], posebno
ako se uzmu i troškovi kaptacije
deponijskog gasa.
8. Zaključak
Glavna komponenta deponijskog
gasa je metan (40-60%) koji se po
direktivi IPPC smatra zagađivačem
koji globalnom zagrevanju doprinosi
21 puta više od ugljendioksida.
Tabela 3 Preliminarna finansijska analiza predloženog
rešenja
koristi za proizvodnju toplotne
energije, a cena električne energije je
cena koju operater trenutno plaća.
Proračunima nisu obuhvaćene
elementi vezani za:
− značajne ekološke koristi zbog
smanjenje emisije metana i ugljen
dioksida u atmosferu a time i
efekta staklene bašte;
− poboljšanje ekoloških uslova na
deponiji (ograničavanje neprijatnog
mirisa sa deponije) i koristi zbog
smanjenje mogućih zdravstvenih
[108]
Zbog toga je važno smanjiti emisiju
metana sa deponija komunalnog
otpada. Ovo može biti urađeno ili
direktnim spaljivanjem na baklji,
kao što se sada radi, ili se pak
deponijski gas može iskoristiti kao
pogonsko gorivo u gasnim motorima
sa unutrašnjim sagorevanjem radi
kombinovane proizvodnje električne,
toplotne i rashladne energije.
Preliminarna finansijska analiza
pokazuje da je na deponiji „Livade“
u Podgorici moguća energetska
valorizacija deponijskog gasa i da
je ekonomski isplativo deponijski
gas iskoristiti kao srednje kvalitetno
gorivo za rad trigeneracionog
sistema. Trigeneracija predstavlja
efikasan metod za maksimalnu
proizvodnju svih vidova energije
koja pogoduje kako korisnicima,
kroz smanjenje ukupne potrošnje
pogonskih energenata, tako i okolini,
kroz smanjenje ukupne emisije
polutanata. Analiza nije obuhvatila
značajne ekološke efekte u
smanjivanju emisija metana i ugljen
dioksida kao ni moguće podsticajne
mere za promovisanje obnovljivih i
energetski efikasnih tehnologija.
Literatura
[1] Deniz Dolgen at all: “Energy
Potential of Municial Solid
Wastes”, Energy Sources, Taylor
and Francis, 2005, pp 1483-1492.
[2] Ivanović V. at all: “Kaptacija i
korišćenje deponijskog gasa”,
Energija-Ekonomija-Ekologija,
Broj 3-4, Godina XI, mart 2009,
str 251-256.
[3] Ivanović V. at all: „Energetski
potencijal deponijskog gasa“,
VI Međunarodni naučni skup
Alternativni izvori energije i
budućnost njihove primene,
CANU, Budva, oktobar 2009.
[4] PREGA: “Dhaka City Solid
Waste to Electric Energy
Project”, Draft Final Report, Vol.
58, April 2005.
[5] G. Skodras: “Utilisation
of Landfill Gas for Energy
Production – Operational
Experiance from 13,8 MWe
Power Plant”, OPET Network,
Greece 2003, pp 1-13.
[6] Lars Mikkel Johannessen:
“Guidance Note on Recuperation
of Landfill Gas from Municipal
Solid Waste Landfills”, Urban
Waste Management Thematic
Group, The World Bank, August
1999.
energija
[7] UK Environment Agency:
“Guidance on the Management
of Landfill Gas”, September
2004.
[8] UK Environment Agency:
“Guidance on Gas Treatment
Technologies for Landfill Gas
Engines”, August 2004.
[9] US EPA: “Turning a Liability
into an Asset: A Landfill Gasto-Energy Project Development
Handbook”, September 1996.
[10] Ivanović V. at all:
“Trigeneracija u urbanim
sredinama”, Alternativni izvori
energije i budućnost njihove
primene u zemlji, CANU,
Odjeljenje prirodnih nauka,
knjiga 11, Podgorica 2008, str
373-382.
[11] Mindi Altman Zissman:
“Making the Most of Fuels”
Consulting Specifyng Engineer,
Septembar, 2001, pp 47-51.
[12] Martin Bogner:
“Termotehničar”, Tom 2,
Građevinska Knjiga, Beograd
2005.
[13] Monty Goodell:
“Trigeneration” www.
trigeneration.com
[14] GE Energy: “Keep Cool trigeneration with Jenbacher
gas engines”, www.gejenbacher.
com.
Prof. Dr Ozren Ocic, Chem. Eng.
Ivan Nikolic, M. Sc., International Manager EU
Faculty of International Engineering Management
UDC: 628.477.004 : 665.71
Waste Plastics in Oil
Derivatives Conversion1
Abstract
About 20% of all waste plastics can be effectively recycled by conventional
mechanical recycling technologies (sort-grind-wash-extrusion), only.
Topic of this paper are some pyrolysis processes that produce oil derivatives
(liquid fuels) and chemicals from waste plastics. We are considering main
plastics pyrolysis processes, types of plastics that can be processed, the
properties of the liquid fuels (oil derivatives) produced.
The major advantage of the pyrolysis technology is its ability to handle
unsorted unwashed plastic. This means that heavily contaminated plastics
can be processed without difficulty.
The production of gasoline, kerosene and diesel from waste plastics is an
emerging technological solution to the vast amount of plastics that cannot be
economically recovered by conventional mechanical recycling.
Key words: recycling technologies, waste plastics, liquid fuels, oil
derivatives, chemicals, pyrolysis processes, type of plastics, contaminated
materials, fuels chemical characteristics.
KONVERZIJA OTPADNE PLASTIKE U NAFTNE DERIVATE
Od ukupne otpadne plastike samo oko 20% može efikasno da se reciklira
konvencionalnim mehaničkim tehnologijama za reciklažu (sortiranjemlevenje-pranje-ekstrudiranje).
U ovom radu prezentirani su neki pirolitički procesi kojima se, iz otpadne
plastike, proizvode naftni derivati i hemikalije. Ovde se razmatraju
glavni procesi pirolize otpadne plastike, tipovi plastike koji se prerađuju,
karakteristike dobijenih tečnih goriva (naftnih derivata).
Glavna prednost tehnologije pirolize je sposobnost da obrađuje nerazvrstanu,
neopranu plastiku. To znači da se veoma zaprljana plastika može preraditi
bez posebnih teškoća.
Dakle, proizvodnja benzina, mlaznog goriva i dizela, iz otpadne plastike,
javlja se kao tehnološko rešenje za velike količine otpadne plastike koje se ne
mogu, na ekonomičan način, konvencionalno mehanički reciklirati.
Ključne reči: tehnologije recikliranja, otpadna plastika, tečna goriva, naftni
derivati, hemikalije, procesi pirolize, tipovi plastike, zagađeni materijali,
hemijske karakteristike
1. Introduction
About 20% of all waste plastics
can be effectively recycled by
conventional mechanical recycling
technologies (sort-grind-washextrusion), only. Beyond this level
[109]
the plastics become increasingly
commingled and contaminated with
Rad predstavlja deo rezultata istrazivanja
na projektu TR 33042 finansiran od strane
MNTR
1
energija
extraneous materials such as soil,
dirt, aluminium foils, paper labels,
and food remnants.
Currently, there are more diferent
thermal and catalytic purolysis
processes that produce oil derivatives
(liquid fuels) and chemicals from
waste plastics. We are considering
main plastics pyrolisis processes,
the types of plastics that can be
processed, the properties of the liquid
fuels (oil derivatives) produced
and the key variables influencing
the pyrolysis of plastics such as
temperature, residence time, pressure
and catalyst types.
The major advantage of the pyrolysis
technology is its ability to handle
unsorted unwashed plastic. This
means that heavily contaminated
plastics, such as much film, wich
sometimes contains as much as 20%
adherent dirt soil, can be processed
without difficulty. Other normally
hard to recycle plastics such as
laminates of incompatible polymers,
multilayer films or polymer
mixturecan also be processed with
ease, unlike in conventional plastic
recycling techniques. In fact, most
plastics can be processed directly,
even if contaminated with dirt,
aluminium laminates, printing inks,
oil residues, etc.
The production of gasoline,
kerozene, and diesel from waste
plastic is an emerging technological
solution to the vast amount of
plastics that cannot be economically
recovered by conventional
mechanical recycling.
Pyrolysis recycling of mixed
waste plastics into generator and
transportation fuels is seen by many
as the answer for recovering value
from unwashed, commingled plastics
and achieving their desired diversion,
from landfill. Pyrolytic recycling
of plastic wastes has already
been achieved on commercial
scale albeit to a limited extent.
Nevertheless, the development
and improvement of the pyrolysis
plastics recycling technologies in
recent years has great commercial
potential. The development of
bench-scale experiments carried out
in laboratories to full-scale pyrolysis
processes have now resulted in
a number of tehnically mature
processes.
Through the use of low-temperature
vacuum pyrolysis and cracking
catalysts, liquid fuels yields of up to
80% are possible with the resultant
product resembling diesesl fuel,
kerosene, gasoline or other useful
hydrocarbon liquids. There are now
emerging a number of processes
which will take post-consumer
plastics and catalytically convert
them into gasoline and low-sulfur
diesel fuel. The diesel fuel meets
European standards for emmisions
and is designed speciffically for the
solid waste disposal industry that
has significant investment in dieselpowered equipment. The types of
plastic targeted as feedstock for this
project have no commercial value
and would otherwise be sent to
landfill.
High temperature pyrolysis and
cracking of waste thermoplastic
polymers, such as polyethylene,
polypropylene and polystyrene is an
envirommentally acceptable method
of recycling. This type of processes
embrace both thermal pyrolysis
and cracking, catalytic cracking
and hydrocracking in the presence
of hydrogen. Mainly polyethylene,
polypropylane and polystyrene are
used as the feedstock for pyrolysis
since they have no heteroatom
content and the liguid products are
theoretically free of sulfur.
The principal output products are
gaseous and liquid hydrocarbon
fractions that are remarkably similar
to the refinary cracking products.
Their chemical composition and
properties strongly depend on the
imput feed composition and they can
also be unstable due to their high
reactive olefins content.
Pyrolysis can be conducted at
various temperature levels, reaction
times, pressures, and in the presence
or absence of reactive gases or
liquids, and of catalysts. Plastics
pyrolysis proceeds at law (<400C),
medium (400-600C) or high
temperature (>600C). Pressure is
generally atmospheric.
2. Plastics Waste
Management
Pre-consumer plastic wastes are
generated during the manifacture of
virgin plastics from raw materials
(oil, natural gas, salt, etc.) and from
the converion of plastics into plastics
products.
Te amount of plastics waste
generated is still considerably less
than that of plastics produced: in
numerous applications (building,
furniture, appliances) plastics meet
longterm reguirements before their
disposal and therefore do not yet
occur in the waste stream in big
guantities. The majority of plastic
wastes are found in municipal solid
waste (MSW) as well as in waste
streams arising in distribution,
agriculture, construction and
demolition, furniture and household
ware, automotive, electronic and
electrical, or medical applications.
In their efforts to educate the public
and curtail the expansion of waste
arising the authorities have devised
a number of legal instruments to
make inappropriate disposal more
expensive
( various levies,
such as landfill taxes) and recyling
more attractive, if not mandatory.
More and more waste streams are
forced into this route, by means of
take-back obligations and minimum
recycling guota. Under presure from
legislation, recycling of packaging
products has increased dramatically
from 1995.
These directives are:
•Packaging and Packaging Waste
Directive 94/62/EC
• End of Life Vehicles Directive
200/53/EC
• Electrical and Electronic Waste:
WEEE Directive 2000/96/EC
• ROHS Directive 2000/95/EC
However, the effect is not identical
Table 1 Packing materials recycled by Fost Plus in Belgium
[110]
energija
for all materials. In table 1 is
showed the results of such take-back
obligation for different packing
materials is Belgium, the collection
and recyling of which is entrusted to
Fost Plus company.
It folows that in Belgium (ten willion
inhabitants) Fost Plus company pays
more than 280 Euro/ton for ensuring
the collection and recycling of used
packiging, including:
• 5.77 kg PET/ inhabitant per year
• 1.65 kg HDPE/ inhabitant per year.
For example, in Denmark the amount
of plastic packaging waste collected
for recycling amounted in 2001., to
3.9 kg per inhabitant or 8.6 kg per
household, compared with patential
amount, equivalent to 28.1 kg per
inhabitant or 62 kg per household.
Waste from the automotive industry,
particularly from end-of-life vehicles
(ELV), has been identified by the
European Union as another priority
waste stream. After dismantling
larger parts suitable for mechanical
recycling, the vehicle is shredded,
the metal fraction (about 75%)
is removed, and the remaining
residue is known as automotive
shredder residue ( ASR), a mixture
of many different materials. ASR
is a major problem since car
manufacturers in Europe and Japan
are forced to respect high recycling
guotas, suggesting the following
conclussions:
• Weight-related guota for
mechamical recycling impede a
lightweight design,
• Feedstock processes are favourable
to recover lightweight cars,
• Feedstock processes should count
as recycling processes
• There is a need to increase
acceptance of feedstock processes
Plastic production and consumption
major sectors are packaging,
building, and coustruction,
automotive, electrical and
electronics, agriculture and
others ( e.g. furniture, houseware,
toys, engimeering). After a short
(packiging), medium (toys) or long
lifetime (building) the plastics
product reports to one of various
waste streams, such as municipal
solid waste, separately collected
packaging, other recyclables,
shredding waste (cars), construction
and demolition waste, agricultural
waste, electrical and electronics
waste, etc.
Already in the early 1970s the
pyrolysis of plastics wastes to liguid
fuels raised considerable interest,
first in Japan, later also in Western
Europe and USA. However, despite
extensive work at laboratory, pilot, or
even an industrial scale, such work
was jeopardized by both technical
problems and disastrous economic
figures. Hence, in Western Europe
and the USA it is still at best a
tentative process, balancing between
political pressures and economic
reality. Major corporations such as
BASF, British Petroleum, Shell,
Texaco considered various options
in pyrolysis and gasification, yet
concluded that their largescale
implementation remains illusory as
long as suitable dump fees fail to be
guaranteed on the basis of contracts
of sufficiently long duration and
conseguent volumes.
The problem with post-consumer
plastics is their immense variety and
widespread application. One tonne
of plastics can be converted into
either 20 000 two-litre drinks botles
or 120 000 carrier bags. Collecting,
sorting, baling and transporting such
numbers of lightweight materials is
a tremendous task, with typical cost
levels as shown in Table 2.
From a dispersed source, such as
households, curbside collection,
followed by sorting, cleaning, baling,
is very expensive. The only way to
reduce such cost is to introduce take
back systems.
In some cases plastics are easier to
collect. Automobile shredder residue
is such a potential source of plastics,
arising at car shredding plant, as
can be seen in some companies
brochures. Solving the collection
problem is trivial, since the waste
accumulate only at a limited number
of plants. However, it is a mix of
numerous different resins, with
embedded dirt, metal and glass, and
the best way to derive value is to
dismantle very large items ( bumpers,
dashbourd, tyres, battery boxes)
and mechanically or thermally treat
the balance. Automotive shredding
residues are at present generally
sent to landfill. Some companies
(Ebara, etc.) developed a fluid bed
gasifier with subseguent combustion
of the producer gas and melting
of entriained dust in a cyclonic
combustion chamber. The molten ash
is tapped and granulated in a water
guench.
Waste from electrical and electronic
equipment (WEEE) arises at the
sorting plant, where the frame, the
printed circnit board (PCB), the
cathode ray tube, etc, are separated
for recycling. The remaining plastics
fraction is in part flame-retarded,
hence contains brominated and
antimony compounds. The number of
WEEE recycling plants is growing,
so that the logistics are no longer a
major problem.
2.1 Collection Systems and
Logistics of Supply
Under pressure from legislation,
in particular the Packaging and
Packaging Waste Directive, 94/62/
EC, recycling of packaging products
has increased dramatically from
1995. In numerious EU countries
collection of waste plastics is part of
the mandatory recycling, imposed
by packaging Directive and National
Laws deriving from it.
Eight European countries
(Netherlands, Switzerland, Denmark,
Norway, Germany, Sweden, Austria
and Belgium) recovered over half
the waste plastics from packaging in
2000.
Waste electrical electronic equipment
(WEEE) is being selectively
collected in an increasing number
of EU countries, so that this stream
can be considered available and
harnessed. Automobile shredder
residue (ASR) is available at car
shredding plants.
Plastics resins are bulk commodities.
A naphtha cracker producing
ethylene has a typical yearly
capacity of 500.000 tonnes of
ethylene, necessitating abaout 1.2
2.2 Products and By-products
million tonnes of naphtha feedstock.
Polymerization to resins is conducted Polyolefins, mainly polyethylene
with a somewhat lower capacity,
(PE) and polypropylene (PP),
but still at the same order
of magnitude, say 150.000
Table 2: Cost factors in selective collection from
tonnes. Engineering plastics
household refuse
are produced at lower
capacity, but this lower
rank is still far superior to
the capacity of the largest
feedstock recycling units
conceived to date.
[111]
energija
the main commodity plastics,
decompose into a range of paraffins
and olefins. The molecular weight
distribution and the paraffin-to olefin
ratio decrease with rising reaction
temperature and time.
Polystyrene (PS) mainly yields
styrene, as well as its oligomers,
mainly dimers and trimers. Mixtures
of PS+PE decompose as usual in
the case of PS, with the pyrolysis
products somewhat more saturated,
the PE providing the required
hydrogen.
Polyvinylchloride (PVC)
decomposes into two distinct steps,
the first yielding hydrogen chloride
and benzene, the second a mix of
aromatics.
Polyethylene terphthalate (PET)
decomposes via beta-hydrogen
transfer, rearrangement and
decarboxylation, with major products
benzoic acid and vinyl terephthalate.
Polyamide 6 (PA-6) depolymerizes
into caprolactam with high yields.
The decomposition is catalysed by
both strong acids and bases.
Some studies focused on a mix
of municipal solid waste (MSW)
plastics, whether resulting from
selective collection or mechanical
separation. Six thermoplastics,
which represent more then twothirds of all polymer production in
Western Europe, were pyrolysed
in a batch reactor in a nitrogen
atmosphere. These were high-density
polyethylene (HDPE), low-density
polyethylene (LDPE), polystyrene
(PS), polypropylene (PP),
polyethylene terephthalate (PET),
and polyvinylchloride (PVC). The
heating rate used was 25C min -1
to a final temperature of 700C. This
six plastic were then mixed together
to simulate the plastic fraction of
municipal solid waste found in
Europe. The effect of mixing on the
product yield and compostion was
examined. The results showed that
the polymers studied did not react
independently, but some interaction
between samples was oberved. The
product yield for the mixture of
plastics of 700C was (in %):
• Gas - 9.63
• Oil - 75.11
• Char - 2.87
• HCL - 2.31
The gases identified were H2,
CH4, C2H4, C2H6, C3H6, C3H8,
C4H8, C4H10, CO2 and CO.
Chromatography analysis of oils
showed the presence mainly od
aliphatic compounds with small
amounts of aromatic compounds.
By-products of plastics pyrolysis are
related to the presence of
1. Heteroatoms:
*Oxygen in teh resin or the pyrolysis
atmosphere leads to the formation
of water and
oxygenated
products;
• Chlorine leaves pyrolysis units
mainly as hydrogen chloride gas;
bromine, under similar conditions,
is somewhat easier to form;
• Nitrogen yields various
substances of concern, such as
amomia, hydrogen cyanide, and
possibly organic compound, such
as nitriles and amines.
2. Additives:
• Mineral additives generally report
to the coke fraction,
• Organic additives either volatilize
or decompose. A major additive,
in realtive amounts, are PVC
plasticizers. Some PVC products
(flooring) may contain more
additives than PVC resin.
3. Coke fomation:
• Generally, coke formed by
pyrolysis is a by-product only.
It is a main result of pylolysing
thermosets and PVC,
• Coke could be upgraded, by
activating it to activated carbon or
leaching out fillers,
• Depending on pyrolysis
conditions polyolefins can be
converted almost guantitatively
into volatiles. Polystyrene has
stronger their coking tendency
and polyvinylchloride always
leaves some coke. Thermosets
and rubbers leave coke as a major
product.
2.3 Product Specifications
Distinction should be made between
monomers, specific petrochemicals
and more or less typical oil fractions,
produced by mixed plastics
pyrolysis. Potential pyrolysis
products from polyolefins are
naphtha, kerosene or gas oil. These
are blends of numerous different
hydrocarbons but they still need to
satisfy some common commercial
specifications. Off-specification
products have no market, even if
they can be blended in small amounts
into other stream, that are less critical
with respect to the specification
compliances. The latter are measured
according to established standards,
e.g. those of the American Society
for Testing Materials (ASTM), the
American Petroleum Institute. Most
monomers ( polymerization grade)
are high-purity products ( 99.99% or
more). The latter is difficult to attain
in plastics pyrolysis. Typical naphtha
specifications and testing methods
are presented in table 3.
3. Pilot and Industrial
Plants
Hier we will describe some processes
that have bee ussed in Europe for
waste plastic pyrolysis. At present
all of these projects have been
mothballed.
3.1 Hamburg University
technology
A plant operating according to
the Hamburg University pyrolysis
process was built with a capacity
of 5 000 tonnes per year. The
feasibility of converting polyolefins
by pyrolysis was successfully
demonstrated, with yields from
polyethylene/polypropylene (PE/PP)
mixtures of typically 51% (m/m) gas,
42% (m/m) liquids and the balance
unaccounted for. However, the gas
to liquids ratio is very sensitive to
pyrolysis temperature. Since gas and
oil are the major pyrolysis products,
economic viability crucially depends
on the price of crude oil. Under
present conditions profitability and
Table 3: Typical naphtha specifications and testing methods
[112]
energija
Figure 1 Scheme of the BASF pyrolysis process
economic viability are unsatisfactory
at this small scale of operation.
3.2 BASF technology
The BASF feedstock recycling
process was designed to handle
mixed plastic waste. A large pilot
plant, with a substantial capacity
of 15 000 tonnes/year, was started
up in 1994. At that time the total
volume of mixed packaging plastics
available for feedstock recycling at
around 750 000 t/y BASF offerd to
erect a full-scale industrial plant with
a capacity of 300 000 t/y, but decided
in 1996. to shut down the pilot plant,
since no agreement could be reached
on a guaranteed long – term waste
supply and a gate fee sufficient to
cover the costs.
In the BASF process, plastic waste
is converted into petrochemical
products in a three-stage process.
Before feeding the plastics are
shredded, freed from other materials
and agglomerated, to improve
handling and enhance the density. In
the first stage, the plastics are melted
and liquefied in an agitated tank. The
gaseous hydrochlorid acid, evolving
rom PVC at temperatures up to
300C, is absorbed in a water washer
and further processed to aqueous
hydrochlorid acid, to be reused in
other BASF production plants.
In a second stage, the plastic oil was
fed into a tubular cracker reactor,
heatad at over 400 C and thus
cracked into compounds of different
chain lenghts, forming petrochemical
raw materials. The oils and gases
thus obtained are separated in a third
stage, resulting in the production of
naphtha, aromatic fractions and highboiling oils. About 20-30% of gases
and 60-70% of oils are produced
and subsequently separated in a
distillation column.
The naphtha produced by the
feedstock process is treated in a
steam cracker and the monomers
(e.g. ethylene, propylene, butadiene)
are recovered. These raw materials
are than used for the production
of virgin plastic materials. Highboiling oils can be processed into
syntesis gas or conversion coke and
then be transferred for further use.
The scheme of the BASF pyrolysis
process is shown in figure 1.
The process products are:
• HCL, which is either neutralized
or processed in a hydrochlorid acid
production plant.
• Naphtha to be converted into
monomers in a steam cracker;
• Various monomers, which can be
used for the production of virgin
plastic materials;
• High-boiling oils, to be processed
into synthesis gas or conversion
coke;
• Process residue, consisting
typically of 5% minerals and
metals, e.g. pigments or aluminium
can lids.
Processing plastic waste by the
BASF process would have required
a gate fee of 160 Euro/t for a plant
capacity of 150 000 t/y.
3.3 British Petroleum technology
In the early 1990s British Petroleum
Chemicals first tested technology
for feedstock recycling, using a fluid
bed cracking process. Research on
a laboratory scale was followed
by demonstration at a continous
pilot plant scale (capacity 50 kg/
hr), using mixed waste packaging
plastics. The technology was further
developed with some support from a
Consortium of European companies
(Elf Atochem, EniChem,
DSM, CREED) and from
APME.
Some preparation of the
waste plastics feed is
required before pyrolysis,
including size reduction
and removal of most
nonplastics. This feed
is charged into the heated fluidized
bed reactor, operating at 500C, in the
absence of air. The plastic thermally
crack to hydrocarbons, which leave
the bed together with the fluidizing
gas. Solid impurities and some cake
either accumulate in the bed or are
carried out as fine particles and
captured by cyclones.
The process shows very good results
concerning the removal of chlorine.
Whit an input of 1% Cl the products
contain about 10 ppm Cl, somewhat
higher than the 5ppm typical of
refinery use. Also, metals like Pb,
Cd and Sb can be removed to very
low levels in the products. Test have
shown that all hydrocarbon products
can be used for further treatment in
refineries. The purified gas is cooled,
condensing to a distillate feedstock,
tested against agreed specifications
before transfer to the downstream
user plant. The light hydrocarbon
pyrolysis gases are compressed,
reheated and returned to the reactor
as fluidizing gas. Part of this stream
could be used as fuel gas for heating
the cracking reactor, but as it is
olefin-rich, recovery options were
also considered. The flow scheme is
illustrated in figure 2.
The process flow diagram shows
hydrocarbon recovery in two stages,
since the heavy fraction becomes a
wax at about 60C. Once recovered,
the light and heavy fractions ( about
Figure 2 The flow scheme of the British Petroleum process
[113]
energija
85% by weight) could be combined
together for shipment to downstream
refinery processing if the plastic feed
is passed on as hydrocarbon liquid to
the downstream plants. The balance
is gaseous at ambient temperature
and could be used to heat the
process. In this way nearly all of
the plastic is used with just solids
separated as a waste product. The
gas has a high content of monomers
(ethylene and propylene) with only
some 15% being methane.
Conceptually, the process can run
in self-sufficient heating mode.
In this case, overall gas calorific
requirement may need a small net
export or import as the product
gas qualityy varies with plastic
feed specification and operating
conditions. The other main utilities
needed are:
• Electrical power: about 60 kwh/
tonne feed plastic;
• Cooling water: 40 m3/tonne feed
plastic;
• Steam: 1.2 tonne/tonne feed.
All emissions are very low and
should comply with regional
regulations. The cost of treatment
depends on many factors such as
scale, location, scope, required
preparation stages, and economic
parameters used. Hence, comparison
of the processes is difficult. The
investment costs of a plant of 25
000 t/y, located in Western Europe
in 2000., were estimated as 1520 million paunds. Under these
conditions a gate fee of some 250
Euro/t is necessary. For a 50 000 t/y
capacity plant this gate fee could
be some 150 Euro/t. These figures
exclude the cost of collection and of
preparation.
3.4 Veba Oil technology
The Veba Oil plant includes first a
depolymerization section and then
the Veba Combi Cracking (VCC)
section (Figure 3).
In the first section the agglomerated
plastic waste is depolymerized
and dechlorinated at 350-400 C.
The overhead product is partly
condensed. The main part (80%) of
the chlorinc introduced evolves as
gaseous HCl in the light gases and
is washed out, yielding technical
HCl. The condensate, still containing
some 18% of the chlorine input is fed
to a hydrotreater where the chlorine
is eliminated together with the water
formed. The resulting chlorine – free
condensate and gas are again mixed
with the depolymerizate for further
treatment in the VCC section.
There, the depolymerizate is
hydrogenated under high pressure
(about 10 Mpa) at some 400-500C,
using a liquid phase reactor without
internals. Separation yields a
synthetic crude oil, which may be
processed in any oil refinary. Light
cracking products end up in the
off-gas and are sent to a treatment
section, for removal of ammonia and
hydrogen sulphide. A hydrogenated
bitumenous residue comprises heavy
hydrocarbons still contaminated with
ashes, metals and salts. It is blended
with coal for coke production (2
wt%).
The input specificatons for the plastic
waste are:
• Particle size: < 1cm
• Bulk density: 300 kg/m3;
• Water content: < 1 wt%;
• PVC: <4% ( 2 wt% chlorine);
• Inerts: <4.5 wt% at 650C)
• Metal content: < 1 wt%;
• Content of plastic resins : > 90
wt%
The process outputs are:
• Syncrude, derived from the VCC
section. It is free from chlorine and
low in oxygen and nitrogen;
• A hydrogenated solid residue,
which can be blended with coal for
coke production;
• HCl;
• Off-gas
Hence, Veba Oil developed a
commercial process, operating in
a temperature range of 350-450C
and requiring a high hydrogen
partial pressure (50-100 bar) . The
heteroatoms are hydrogenated to
Figure 3: The flow scheme of the Veba O
[114]
products such as hydrochloric acid or
ammonia. A synthetic oil distillate is
obtained as the main product. Solid
particles are concetrated in the sump
of the distillation column. The gate
fee for the VCC process was 250
Euro/t. The technology was realized
in the coal to oil plant with a capacity
of 40 000 t/y, doubled at the and of
1995. One tonne of waste plastics
yielded:
• 800 kg high – quality liquid
products;
• 100 kg methane – butane gas and a
further
• 100 kg hydrogenation residues,
containing inert and inorganic
components.
In next period some companies (
Texaco, Shell, AKZO, Linde, etc.)
were realized weste plastics pyrolysis
new processes tehnologies.
4. Conclusion
Plastics pyrolysis has long been
topical in academic circles and
also continues to impire industrial
research and development and
demonstration projects. Still, the
pyrolysis of mixed plastics is
economically to be proven, because
of the small scale of the potential
pyrolysis plant and the huge cost
expenditure for collecting, cleaning
and grading considerable tonnages of
plastics. It is hoped that these costs
will be covered by the value of the
products obtained and economically
speaking, incineration is today a
more reasonable option for the larger
part of household plastic waste.
Indeed, in only very few cases
plastics pyrolysis is an economically
viable process, e.g. PMMA and
polyamides 6 (PA-6) pyrolysis,
because of the high value of the
energija
monomers produced. The size of
pyrolysis plant there is limited by the
availability od scrap.
Still, today industry is obliged by
political pressure to consider plastics
pyrolysis, or more in general,
feedstock recycling attentively:
under green pressure there is a legal
obligation to collect and recycle
certain streams, such as those of
packaging, automotive shredder
residue and waste electronic and
electrical equipment. Industry has a
obligation to take back and recycle
such materials and is forced to
consider all options, optimizing or at
least testing recycling processes as
a function of technical possibilities,
feedstock claracteristics and,
most of all, legal constraints. The
boundary conditions of directives
and their translation into national
laws is still open for discussion, as
follows from the different modes and
levels of recycling, applied in the
verious member states and from the
exportation of such flows to lowcabon-cost countries.
The concept of feedstock recycling
is based on a thermal and sometimes
catalytic breakdown of polymer
structure, yielding monomers
( PMMA, PA-6, PS, PTFEpolytetrafluorthylene), oil fractions,
aromatics fractions, sunthetic crude,
or synthesis gas. To some extent
plastics can be converted in the
framework of oil refinery processes
such as viscosity breaking, fluid
catalytic creacking, hydro creacking
and delayed coking, or in coal
liquefaction, but these aplications
may require a preliminary thermal
break down on dissolution into
or extensive dilution by more
conventional feedstock. The
desired product and its specification
requirements are essential in
selecting operating modes and
conditions and should be considered
on a case by case basis.
The thermal cracking of this
plastic waste stream is realized
via pyrolysis, hydrogenation or
gasification. Since the recovered
hydrocarbon products are mostly
used in petrochemical processed,
their specifications limit the amounts
of halogens into the ppm range.
Subsequently, the collected mixed
wastc streams are pre – treated and
graded according to their chlorine
content. Another possibility is
thermal dehologenation, either in a
liquid or in a fluidized bed pyrolysis,
before the pre –treated product is
further processed. The hydrochloric
acid produced is either neutralized
or separated for industrial use, e.g.
in the pickling of steel or inchemical
industry.
Feedstock recycling is
complementary to mechanical
recycling since it is less sensitive to
unsorted or contaminated plastics
waste and enlarges the owerall
recycling capacities for large waste
quantites to be supplied in the future.
Examples of such mixed streams
are specific composites (laminates
film, artificial leather, footwear),
but mainly packaging, automobile
shredder residue, and waste electric
and electronic equipment. These
materials are connected to each
other for performance reasons, but
economic separation is impossible.
Techmical processes for feedstock
recycling have inspired large
corporations universities and
inventors alike and are the origin
of numerous patents. Many of the
feedstock recycling processes are
still in development, their economic
viability also remains yet to be
established. This will be clear over
next years, in tandem with technical
progress and the increased volumes
of available plastics wastes. In
Western Balkan, we hope, in near
future consrtuction one of waste
plastics plant will be actual.
References:
1.G. S. Brady, H. R. Clauser:
Materials Handbook, 13th edn.
McGraw-Hill Inc. ISBN-0-07007704-1, 1991.
2. A. B. Buekens: Some observations
on the recycling of plastics
and rubber. Conversation and
Recycling 1, 1997.
3. E. Hakejova, M. Bajus, J.
Daniskova: 16th International
Symposium on Analytical and
Applied Pyrolysis, Alicante, 2003
4. J. Scheirs: Polymer Recycling,
Science Technology and
Aplications, John Wiley&Sons,
Ltd 1998.
5. E. A. Williams, P. T. Williams: The
pyrolysis of individual plastics
and a plastic mixture in a fixed
bed reactor. Journale of Chemical
Technology and Biotehnology, 70,
1997.
[115]
energija
Prof.dr Dečan Ivanović, Prof. dr Vladan Ivanović,
Bogdan Ćipranić, dipl.maš.ing
Univerzitet Crne Gore, Mašinski fakultet, Podgorica
UDC: 665.61 : 622.692 :622.323.004.15
Analiza pada pritiska i
temperature pri neizotermnom
strujanju nafte u neizolovanim
hidraulički glatkim naftovodima
pri različitim temperaturama
okoline
Abstrakt: U radu se daje analiza padova pritisaka i temperatura pri neizotermnom strujanja nafte kroz
neizolovani hidrauliþki glatki naftovod dužina 5 i 10 km, i pri razliþitim spoljnjim niskim temperaturama od -5,
-10 i -15 0 C, kao i za sluþajeve razliþitih preþnika naftovoda. Konstatuje se da smanjenje temperature okoline
izaziva poveüanje pada pritiska dok poveüanje preþnika cijevovoda utiþe na njegovo smanjenje. Rešavanjem
jednaþina dobijaju se rezultati koji pokazuju da promjena preþnika cijevovoda ima veüi uticaj na vrijednost pada
pritiska od promjene temperature okoline. Za konkretan sluþaj utvrÿeno je da je pad pritiska za najmanji
razmatrani preþnik cijevovoda (200mm) relativno veliki te se stoga takva cijev i ne preporuþuje, dok se cijevi
veüih preþnika (250mm i 300mm) preporuþuju za upotrebu transporta nafte, kako je i pokazala analiza rezultata,
što znaþi da bi za transport nafte kroz ovakve cijevi bile dovoljne pumpe manjih snaga. Uticaj promjene
temperature na pad pritiska kreüe se od 8 do 15% zavisno od preþnika i dužine naftovoda, o þemu se mora voditi
raþuna pri preciznim proraþunima transporta, a naruþito kod dugih naftovoda. Konaþna odluka o izboru
optimalnog preþnika, u sluþaju projektovanja naftovoda, donijela bi se u zavisnosti od kombinacije cijena
odgovarajuüih cijevi, pumpnih postrojenja i ostalih komponenti transportnog sistema.
Analysis of pressure drop and temperature of the nonisothermal flow of oil in the
hydraulic smooth noninsulated pipelines at different ambient temperatures.
Summary: The paper presents an analysis of pressure and temperature during nonisothermal flow of oil
through hydraulic smooth insulated pipeline length of 5 and 10 km, and at different external temperatures of -5, 10 and -15 0 C, as well as for cases of various diameter pipeline. It is noted that the decrease in ambient
temperature causes an increase in pressure drop while increasing the diameter pipeline will affect its reduction.
By solving the equations obtained results show that changes diameter pipeline has a greater impact on the value
of pressure drop than of ambient temperature changes. For a particular case it was found that the pressure drop
for the smallest considered diameter pipelines (200mm) is relatively large and therefore such a tube is not
recommended, while the larger diameter tubes (250mm and 300mm) recommended for the transport oil use, as
was demonstrated by the analysis of results , which means that the oil transportation through such tubes be
enough smaller power stations. The influence of temperature changes on pressure drop ranges from 8 to 15%
depending on the diameter and length of the pipeline, which must be taken into account in accurate calculations
of transport, and ordered from the long pipeline. The final decision on the optimal diameter, in the case of
designing the pipeline, would bring the price depending on the combination of appropriate pipes, pumping plants
and other components of the transport systems.
1. Uvod.
ýesto se izotermnim strujanjima smatraju i ona strujanja kod kojih se temperatura duž naftovoda
malo mijenja, tako da se ta promjena i zanemaruje/1/. To može da se uþini samo kada se radi o kratkim,
dobro izolovanim cjevovodima, bez obzira da li je temperatura nafte viša ili niža od temperature
[116]
energija
okoline. Za praksu je znaþajniji sluþaj transporta zagrijanih teþnosti. Naime, samo magistralni
cjevovodi mogu da rade u približno stacionarnom hidrodinamiþkom režimu. Cjevovodi koji služe za
istovar sirove nafte ili njenih težih frakcija iz tankera na pristaništima, sabirni cjevovodi na
naftonosnim poljima, razvodni cjevovodi u termoenergetskim postrojenjima i sliþno, uglavnom rade u
promjenljivom režimu /1/,/2/. Zbog toga se karakteristika takvih cjevovoda stalno mijenja što uzrokuje
promjenu režima rada pumpne stanice. Da bi režim rada pumpi bio što bliži projektovanom režimu
rada, neophodno je i karakteristiku cjevovoda održavati u nekom užem opsegu /5/,/6/, /7/. To se postiže
zagrijavanjem transportovane teþnosti na temperaturu koja üe da obezbijedi zahtijevanu viskoznost
fluida. Sirova nafta, kao veoma viskozna teþnost, veoma teško se može transportovati bez zagrijavanja.
Temperatura zagrijavanja se odreÿuje tako da transportni troškovi (investicijski, pogonski i režijski)
budu najmanji. Zagrijana teþnost odaje toplotu okolini zbog þega joj temperatura nizvodno opada,
dok se viskoznost poveüava. To dovodi do promjene koeficijenta trenja duž cjevovoda. Odreÿivanje
pada pritiska pri neizotermnom strujanju daleko je složenije nego u sluþaju izotermnog strujanja,
pogotovo kada je temperatura spoljašnje sredine razliþita od nule. Magistralni naftovodi se najþešüe
ukopavaju u zemlju na dubini od oko 0.8-1.1m dok se dubina ukopavanja poveüava na 1.0-1.35m kada
treba da se savladaju prepreke kao što su: vodeni tokovi, pružni prelazi i sl./1/,/3/. Mogu biti postavljeni
i iznad površine zemlje na betonskim stubovima visine 0.5-0.75m. Na slici sl.1 prikazano je
postavljanje magistralnog naftovoda u zemlju, dok je na slikama sl.2. i sl.3 prikazan naftovod
postavljen iznad površine zemlje
Sl.1.
Sl.2
Sl.3
2. Pad pritiska pri neizotermnom strujanju i kada je temperatura okoline ta z 00 C .
Za strujni tok nafte u cjevovodima poznata je iz literature /1/,/2/,/4/,/5/ diferencijalna jednaþina:
(1)
Koristeüi zakon o promjeni viskoznosti nafte /1/,/5/sa temperaturom:
(2)
dobija se da temperaturama Tc u blizini zida cijevi i srednjoj temperaturi T u istom presijeku odgovara
odnos viskoznosti :
[117]
energija
(3)
Iz toplotnog bilansa
slijedi :
(4)
gdje je :
jednaþine:
. Zamjenom izraza (2), (3), (4) u (1) dobija se sledeüi oblik diferencijalne
(5)
Temperatura Tc se eliminiše posredstvom jednaþine /1/:
iz koje slijedi
. Nakon zamjene ove vrijednosti u (5) dobija se krajnji oblik ove
jednaþine :
(6)
gdje su:
i
.
Kada se stavi da je:
i
rešenje jednaþine (6) dobija oblik :
(7)
Gdje su vrijednosti ovih integralnih eksponencijalnih funkcija dati na sledeüi naþin:
;
Sada konaþni oblik rešenja (7) za pad pritiska glasi:
[118]
energija
(8)
Vrijednosti integralnih eksponencijalnih funkcija u izrazu (8) za razne vrijednosti argumenta y u
literaturi /1/,/2/,/4/ su prikazane tabelarno.
3. Analiza rezultata.
Za naftu sledeüih karakteristika:
-gustina,
-specifiþna toplota,
-koeficijent prelaza toplote sa cijevovoda na okolinu,
- kinematska viskoznost,
- koeficijent prelaza toplote sa cijevovoda na okolinu,
koja se transportuje kroz horizontalan neizolovan cijevovod izvršen je proraþun: pada pritiska (ǻp),
temperature na ulazu cijevovoda (t 1 ) i srednje temperature (t m ), pri dužinama naftovoda:
i
za temperature okoline:
,
,
,
i
preþnicima
cijevovoda:
,
,
.
Temperatura
transportovane nafte na kraju cijevovoda za sve sluþajeve je t 2 = 50°C , a maseni protok m= 60kg/s.
Za dužinu cijevovoda l=5000 m, preþnika D=200mm i temperatura okoline t a =-5°C, proraþun, na
osnovu navedenih jednaþina i rešenja ide ovim redom:
Zapreminski protok i brzina strujanja nafte kroz cijevovod:
;
Pošto se ne poznaje srednja temperatura postupak sraþunavanja üe se u prvom približenju obaviti
korišüenjem poznate vrijednosti temperature na kraju cijevovoda:
;
;
;
Sada mogu da se odrede temperatura, kinematska viskoznost i Rejnoldsov broj na poþetku cijevovoda:
[119]
energija
;
.
a zatim i srednja temperatura :
.
Raþunato sa srednjom temperaturom u drugom koraku slijedi:
;
;
;
;
;
;
.
odakle se zakljuþuje da je postignuta dovoljna taþnost proraþuna.
Pošto je strujanje nafte na cijeloj dužini cjevovoda turbulentno, odredjivanje pada pritiska u
cijevovodu prema obrascu (8) üe biti:
(9)
Izraþunavaju se sledeüe veliþine:
;
;
;
;
;
Za vrijednosti y a , y 1 i y 2 iz tabela /1/,/2/,/4/ je naÿeno:
;
;
;
;
;
;
Uvrštavanjem brojnih vrijednosti u (9) dobijase da je pad pritiska u odgovarajuüoj dionici:
[120]
.
energija
= 10.44 bar
U sledeüoj tabeli su date izraþunate vrijednosti ulazne i srednje temperature, brzine strujanja, i pada
pritiska za odgovarajuüe naftovode razliþitih dužina i razliþitih preþnika.
Tabela
Dijagrami pada pritiska, poþetne i srednje temperature u zavisnosti od preþnika cijevovoda za ta=-5°C
prikazani su na slikama 4, 5 i 6. Na ovim i svim drugim slikama donje krive se odnose za naftovod
dužine 5000m, a gornje krive za naftovod dužine l0000 m.
[121]
energija
Slika 4.
Slika 5.
Slika 6.
Slika 7.
Dijagrami pada pritiska, poþetne i srednje temperature u zavisnosti od preþnika cijevovoda za ta=10°C prikazani su na slikama 7, 8 i 9.
[122]
energija
Slika 8.
Slika 9.
Dijagrami pada pritiska, poþetne i srednje temperature u zavisnosti od preþnika
15°C prikazani su na slikama 10, 11 i 12.
Slika 10.
Slika 11.
[123]
cijevovoda za ta=-
energija
Slika 12.
Slika 13.
Pad pritiska u zavisnosti od temperature okoline za preþnik cijevovoda D=200mm prikazan je na
slici 13., za D=250mm na slici 14., a za D=300mm na slici 15.
Slika 14.
Slika 15.
[124]
energija
4. Zakljuþci.
Na osnovu izvršene analize turbulentnog režima strujanja nafte kroz horizontalan neizolovan
cijevovod razliþitih temperatura okoline (ta=-5, -10, -15ºC) i razliþitih preþnika (D=200, 250, 300mm)
konstatujemo:
a) Smanjenje temperature okoline izaziva poveüanje pada pritiska dok poveüanje preþnika
cijevovoda utiþe na njegovo smanjenje.
b) Promjena preþnika cijevovoda ima veüi uticaj na vrijednost pada pritiska od promjene
temperature okoline.
c) Za konkretan sluþaj utvrÿeno je da je pad pritiska za najmanji razmatrani preþnik cijevovoda
(200mm) relativno veliki te se stoga takva cijev i ne preporuþuje, dok se cijevi veüih preþnika (250mm
i 300mm) kako je pokazala analiza rezultata, preporuþuju za upotrebu transporta nafte. S ozirom da
padovi pritisaka mogu þak 5 puta i više biti manji od pada pritiska za cijevovod preþnika D=200mm,
što znaþi da bi za transport nafte kroz ovakve cijevi bile dovoljne pumpe manjh snaga.
d) Uticaj promjene temperature na pad pritiska kreüe se od 8 do 15% zavisno od preþnika cijevi i
dužine cijevi, o þemu se mora voditi raþuna pri preciznim proraþunima transporta, a naruþito kod dužih
naftovoda.
e) Konaþnu odluku o izboru izmeÿu ovih preþnika, u sluþaju projektovanja izgradnje naftovoda,
donijeli bi u zavisnosti od kombinacije cijena odgovarajuüih cijevi, pumpnih postrojenja i ostalih
komponenti transportnog sistema.
Literatura:
1. M. Šašiü, Transport fluida cijevima, Nauþna knjiga Beograd, 1989.
2. M. Šašiü, Zbirka riješenih zadataka iz transporta fluida cijevima, Nauþna knjiga Beograd, 1987.
3. M. Markoski, Cijevni vodovi, Mašinski fakultet, Beograd, 1996.
4. D. Milovanoviü, Transport fluida cijevima, Zbirka riješenih zadataka, Mašinski fakultet u Kragujevcu, 1999.
5. B.E. Larock, R.W. Jeppson, G.Z. Watters, Hidraulics of Pipeline Sistems, CRC Press, London, New York,
Washington D.C. 2000.
6. F.White, Fluid Mechanics, sixth Edition, Mc Graw Hill, New York, San Francisco, 2008.
7. Ivanoviü D., Ivanoviü V., Miketiü S., Analiza pada pritiska i temperature pri laminarnom i
turbulentnom režimu strujanja nafte u neizolovanom cjevovodu, Energetika 2010, EEE, XII, No.3, pp.
131-140., ISSN br. 03554-8651, UDC 620.9, Mart 2010.
[125]
energija
Miodrag Brkić, Ðorđe Dragojević, Dušan Živković,
Miloš Živanov
Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka,Novi Sad, Republika
Srbija
UDC: 550.832.001
Jedno rešenje za realizaciju
sonde za merenje
temperature i provodnosti
fluida u karotažnim
bušotinama
Bušotinska GFK merenja
U procesu izrade bušotina, radi
određivanja geoloških i fizičkih
svojstava formacija zemljine kore
potrebno je izvesti merenja različitih
geofizičkih veličina – ova merenja
zajedničkim imenom se nazivaju
geofizičko-karotažna (GFK) merenja.
Merenja se izvode pomoću sondi
koje se spuštaju na dno bušotine a
potom podižu konstantnom brzinom,
tako da se merenje i slanje izmerenih
parametara ka površinskoj jedinici
odvija istovremeno.
Slika 1
Sažetak
U ovom radu dat je kratak opis sonde za merenje temperature i provodnosti
fluida u karotažnim bušotinama. Sonda simultano meri ova dva parametra.
Provodnost fluida u busotini je značajan parametar za određivanje kvaliteta
vode. Merenje temperature je korisno za normalizaciju merenja provodnosti
i za pronalaženja mesta gde fluid ulazi u bušotinu. Princip merenja
provodnosti zasniva se na „četvorožilnoj metodi merenja“ gde se održavanje
konstantnog napona između unutrasnjih elektroda vrši promenom struje kroz
spoljnje elektrode. Struja teče kroz fluid i srazmerna je njegovoj provodnosti.
Merenje temperature ižvršeno je pomoću platinasto termootpornog senzora
PT100. U radu je opisana realizacija sonde i mehanička izvedba mernih
elemenata.
Ključne reči: bušotine, geofizička merenja, provodnost fluida, temperatura
fluida.
Abstract
Short description of borehole tool for measurement of temperature and
conductance of fluids is given. Borehole tool is measuring these two
parameters in same time. Conductance of fluids is important water quality
parameter. Measurement of temperature is useful for normalization of
conductivity readings and for locating at which depth fluid flows into the
borehole. Principle applied is known as “four wire measurement” where
maintaining of constant voltage on inner electrodes is accomplished by
regulating of current through outer electrodes. Current flowing through fluid
is proportional to its conductivity. Measurement of temperature is realized
with platinum resistance thermometer PT100. In this paper description of the
tool and mechanical realization of measurement elements are given.
Key words: borehole, geophysical measurement, conductivity of the fluids,
temperature of the fluids.
komunikacioni link između
mernih instrumenata i površinske
jedinice
3 – merne sonde.
Osnovni delovi GFK sistema su :
1 – Površinska jedinica za analizu i
nadgledanje merenih rezultata,
2 – kabel za spuštanje sonde
kroz ispitivanu bušotinu i
Sa druge strane elektromehaničkog
kabla pored opreme za spuštanje
i podizanje sondi nalazi se
kompjuterizovana površinska
jedinica, sa opremom za analizu i
prezentaciju podataka.
[126]
Bušotinska merenja
provodosti i temperature
fluida
Merenjem provodnosti fluida,
najčešće vode, dobijaju se značajne
informacije o kvalitetu fluida koja
se nalazi u bušotini. Vrednost
provodnosti je u direktnoj vezi
sa količinom rastvorene materije
u fluidu (total dissolved solids
-T.D.S.),), kao i njen salinitet.
energija
Čistija voda ima manje rastvorenih
jona koji provode struju, a samim
tim ima i manju provodnost.
Merenjem provodnosti u bušotini
nalaze se lokacije zona sa različitom
kvalitetom vode.
Merenjem temperature fluida
pronalaze se temperaturne anomalije
u bušotini, koje označavaju mesta
gde fluid utiče i ističe iz bušotine.
Poznavanje tačne temperature fluida
je korisno i zbog ostalih merenja koje
se vrše u bušotini, pošto temperatura
utiče na veći broj geofizičkih
veličina, pa je potrebno poznavanje
temperature pri merenju da bi se
mogla izvršiti normalizacija merenja.
Temperatura značajno utiče i na
merenje provodnosti fluida, koji ima
pozitivan temperaturni koeficijent.
Mehanička izvedba sonde
Za merenje provodnosti fluida
koristimo 7 elektroda u obliku
prstena koji se nalaze unutar
plastične cevi, oko koje je
prohromska cev, tj kućište sonde. U
prohromskoj cevi nalaze se dva seta
proreza između kojih je plastična
cevi, i kroz njih fluid teče kroz
Slika 2
plastičnu cev, također ovi prorezi
onemogućuju većim predmetima do
dopru do elektroda. Poprečni presek
3D modela senzorskog dela sonde je
na slici 2.
Kao što se vidi na slici 3, postoji
jedna veća centralna elektroda i 6
manjih, po sa obe strane centalne
elektrode. Po dve elektrode na istoj
udaljenosti od centralne su povezane
na isti potencijal, te ostatak sistem
vidi samo 4 elektrode. Spoljnji par
elektroda je na potencijalu mase, te je
radi jednostavnije realizacije umesto
njih iskorišćeno metalno kućište
sonde, pošto je ono zbog povezivanja
na oplatu elektromehaničkog kabla
već povezano sa masom. Materijal
za izradu elektroda ne sme biti od
nerđajučih materijala, pošto oni
zbog zaštite imaju spoj oksida koji
može biti loš provodnik te struja
ne može da protiče celukopnom
površinom kontakta, te otpornost
kontakta sa okolinom ne ostaje
stabilna u fluidu. Iako ovaj efekat
nije preterano značajan ako se koriste
elektrode manjih dimenzija, ipak su
za realizaciju ove sonde korištene
elektode u obliku prstenova od
olova, kod kojih otpornost kontakta
sa okolinom
nije
značajna.
Princip
rada
merenja
provodnosti
Princip
merenja
provodnosti
kojeg
koristimo
kod ove
sonde je
jedna od
varijacija
uobičajenog
četvorožilnog
načina
merenja
otpornosti.
Kod
klasičnog
merenja
otpornosti
koriste se
dve strujne
elektrode
koje dovode
struju na
mereni
objekat, a
Slika 3
[127]
sa dve merne elektrode kroz koje
ne protiče struja vrši se merenje
napona na mernom objektu. Pošto se
ovako dobija tačan napon na mernom
objektu, jer na mernim elektrodama
nema pada napona, poznavanjem
vrednosti struje koja se propušta
kroz merni objekat može se dobiti
tačna vrednost provodnosti mernog
objekta.
Kod ove sonde koristi se slična
metoda merenja, ali uz neke
specifičnosti koje merenje
provodnosti kroz fluide nalaže. Pri
merenju provodnosti kod fluida
mora se obratiti posebna pažnju da
ograničimo struju koju propuštamo
kroz fluid, jer napon koji se
pojavljuje u fluidu mora biti dovoljno
male vrednosti da nema značajnog
efekta elektrolize u fluidu, koja bi
poremetila merenje provodnosti.
Napon u fluidu se održava na maloj
vrednosti, reda desetine milivolta,
tako što se napon između mernih
elektroda održava konstantnim preko
povratne sprege koja kontroliše
naponski izvor.
Povratna sprega realizovana je
uobičajeni način-merne elektode
su 2(i 2’) i 3(i 3’), napon između
njih se dovodi na visokomski ulaz
instrumentacionog pojačivača, na
ovaj način se osigurava da ne protiče
struja kroz merne elektrode. Napon
na izlaz instrumetacionog pojačivača
je srazmeran naponu između mernih
elektroda, povećan za vrednost
pojačanja pojačivača. Ovaj napon
se poredi sa referentnim naponom,
čime se dobija signal greške koji
se propušta kroz RC kolo, kojim se
dobija propocionalono-integralno
dejstvo. Izlaz RC kola se povezuje
na ulaz naizmeničnog naponskog
izvora, čija amplituda zavisi od
vrednosti ulaznog napona. Koristi se
naizmenični signal za merenje da ne
bi došlo do elektrolize i polarizacije
elektroda. Frekvencija izvora je reda
kiloherca.
Proračunavanje
provodnosti
Kako je napon izmedju mernih
elekroda konstantan, struja koja
protiče kroz fluid izmedju te
dve tačke je direktno srazmerna
provodnosti. Ova struja se meri na
otporniku Rstrujni (slika 3), pojačava
se i digitalizuje se pomoću analogno
digitalnog konvertora. Kako su u
pitanju veoma mali signali, reda
mikrovolti za nisko provodne fluide,
i ovde se koristi instrumentacioni
pojacavač za merenje napona na
energija
Slika 3
Rstrujni. Preko formule :
dobija se provodnost fluida, jedinica
je S (simens). U2–3predstavlja napon
između mernih elektroda.
Kako sama provodnost G zavisi i
od dimenzije uzorka koji se meri,
pod pojmom provodnosti se mnogo
češće podrazumeva specifična
provodnost(κ-kappa), čija je jedinica
S/m. Veza između provodnosti i
specifične provodnosti je
gde je l-udaljenost između mernih
elektroda. A je poprečni presek
merenog uzorka, a pošto se merenje
vrši unutar cevi, A = r2 * π, gde je
r(m) poluprečnik cevi.
Merenje temperature
Zbog potrebne preciznosti merenja i
mogućnosti ekstremnih temperatura
u bušotini, merenje temperature
zasnovano je na otporničkom
senzoru izrađenom od platine.
PT-100 iskorišćen u izradi sonde,
poznat je kao veoma precizan
senzor za merenje u širokom
opsegu temperature od -200 oC
to 850 oC. Porast temperature
dovodi do povećanja otpornosti
senzora. Merenjem otpornosti
senzora jednostavno se preko tabele
otpornosti PT-100 dobija podatak o
temperaturi.
Temperaturni senzor smešten je
na donjem kraju sonde (slika 2). U
nosač sonde od mesinga ispunjen
pastom velike termičke provodnosti
uronjen je temperaturni senzor
PT-100, čime je zagarantovano
precizno merenje temperature. Sklop
je kavezastom konstrukcijom od
prohroma zaštićena od oštećivanja.
Izvorom konstantne struje kroz
PT-100 ostvaruje se pad napona
na temperaturnom
senzoru koji
je srazmeran
otpornosti
senzora,
odnosno
merenoj
temperaturi.
Pojačan i
isfiltriran
napon šalje
se analogno
digitalnom
konvertoru, koji predaje digitalne
podatke mikrokontroleru.
Zaključak
Ovaj rad opisuje hardversku
realizaciju sonde za merenje
temperature i provodnosti fluida
u bušotini. Opisan je princip rada
sonde i prikazana je mehanička
realizacija sonde kao i rešenja za
merne metode.
Elektronski sistem kod kojeg su
korišćena ova rešenja je realizovan
i testiran. Sonda je realizovana kao
prototip i dala je zadovoljavajuće
rezultate u laobratorijskim uslovima.
Zahvalnost
Istraživanje čiji je rezultat objavljen
u ovom radu finansira Ministarstvo
nauke republike Srbije u okviru
projekta “Razvoj metoda, senzora
i sistema za praćenje kvaliteta
vode,vazduha i zemljišta“, III43008.
Literatura
1. G. Mančić, St. Martinović, M.
Živanov, “Geofizički karotaž –
osnovni fizički principi”, DIT
Naftagas, Novi Sad, 2002.
2. Randy D. Down, Jay H. Lehr,
”Environmental instrumentation
and analysis handbook” Published
2004 by John Wiley and Sons Ltd.
[128]
energija
dr Nebojša Jovičić, Goran Bošković, Marko Milašinović,
dr Goran Vujić
UDC: 628.465.008 (497.11)
Podizanje energetske
efikasnosti procesa
sakupljanja komunalnog
otpada
Uvod
Na današnjem nivou razvoja
ljudskog društva, ne praveći razliku
između bogatih i siromašnih,
razvijenog i nerazvijenog dela
sveta, degradacija životne sredine
i prirodnih resursa, kao posledica
generiranja sve većih količina
otpada, predstavlja jedan od
suštinskih problema svake urbane
sredine. U cilju rešavanja konkretnih
komunalnih problema na nivou
lokalne zajednice, postoje različiti
funkcionalni elementi (podsistemi)
koji se grupišu u celinu poznatu
pod nazivom sistem za upravljanje
čvrstim otpadom. Prema tome,
jedan od ciljeva upravljanja čvrstim
otpadom jeste optimizacija ovakvog
sistema uz minimizaciju troškova
i maksimizaciju efikasnosti,
uvažavajući sva ograničenja koja
nameću korisnici sistema i oni na
koje taj sistem utiče ili koji njime
upravljaju.
Tekuće stanje istraživanja u
svetu
Unapređenje i optimizacija sistema
za sakupljanje čvrstog otpada u
svetu je već dugi niz godina predmet
interesovanja i istraživanja, i to
samo u pojedinim segmentima tog
sistema. Naglasak je na optimizaciji
putanja kojima se kreću komunalna
vozila i optimizaciji prostornog
rasporeda lokacija za prikupljanje
otpada. Sa druge strane, optimizacija
regionalnih sistema uvođenjem
transfer stanica je u literaturi manje
zastupljena.
Kada se govori o publikovanim
rezultatima istraživanja u oblasti
unapređenja i optimizacije sistema
Sažetak
U okviru tipičnog gradskog sistema za upravljanje čvrstim otpadom
funkcije sakupljanja i transporta otpada učestvuju sa preko 60% u
ukupnim troškovima, od čega se većina sredstava troši na gorivo. Takođe,
komunalna vozila su veliki zagađivači životne sredine. Cilj ovog istraživanja
jeste procena potencijala uštede goriva, i pripadajućih štetnih gasova,
putem optimizacije putanja kretanja komunalnih vozila. Razvijena je i
predstavljena nova metodologija za optimizaciju ruta. Urađena su detaljna
eksperimentalna istaživanja za Grad Kragujevac. Korišćenjem GIS i GPS
tehnologija, analizirana je infrastruktura gradskog sistema za upravljanje
čvrstim otpadom i formirane su odgovarajuće baze podataka. Takođe, sve
postojeće putanje kretanja komunalnih vozila su optimizovane korišćenjem
softverskog paketa ArcGis. Kao dodatak, urađena je klasifikacija ulica, i
svakom segmentu ulica dodeljen je pripadajući faktor potrošnje goriva.
Prema dostupnim informacijama za Grad Kragujevac i primenom
rezultatima istraživanja, procenjeno je da ušteda u gorivu i pripadajućim
izduvnim gasovima može da iznosi oko 20%.
Ključne reči: Upravljanje čvrstim otpadom, Energetska efikasnost,
Optimizacija ruta, Klasifikacija ulica.
Abstract
Collection and transportation within the system of solid waste management
may account more than 60% of the overall budget, most of which is for fuel
costs. Furthermore, municipal vehicles have great environmental impact
through exhaust gases emissions. The aim of this research was to estimate
the potential for reduction of fuel consumption and thus the emission of CO2
through the communal vehicles route optimization. General methodology for
route optimization is also presented. Detailed field experimental research
in the City of Kragujevac was conducted. Using GIS and GPS technology,
whole municipally infrastructure for waste collection was scanned and all
paths of communal tracks was recorded and allocated in developed database.
Also, all paths were optimized by using ArcGis software. In additon, street
classification was made, and each segment of the street network was
attributed an average fuel consumption. According to available information
for the City of Kragujevac and the results from this study, it was estimated
that the total savings could be 20% in costs and the associated emissions.
Keywords: Solid waste management, Energy efficiency, Route optimization,
Street classification.
za upravljanje otpadom, treba istaći
nekoliko karakterističnih primera.
Lakshumi (2006) je predstavio
[129]
rezultate studije koja se odnosila
na grad Chennai u Indiji, koji ima
oko 4,5 miliona stanovnika. Cilj
energija
istraživanja je bio da se odrede
optimalne rute za sakupljanje
otpada i uporede troškovi transporta
između optimizovanih i postojećih
ruta. Korišćen je komercijalni
softverski paket ArcGis i na primeru
jedne rute, evidentirana je ušteda
u dužini putanje prikupljanja od
41,5% u dnevnoj smeni i 44% u
noćnoj smeni. Apaydin (2007) je
publikovao rezultate istraživanja na
optimizaciji kretanja komunalnih
vozila u gradu Trabzonu u Turskoj.
Grad Trabzon je po veličini sličan
Gradu Kragujevcu i ima oko 185.000
stanovnika. Predložena je podela
grada na 39 reona i 777 lokacija za
prikupljanje otpada. Korišćen je
softverski paket RouteView Pro, i u
poređenju sa postojećim sistemom,
ukazano je da se optimizacijom
došlo do skraćivanja putanje
kretanja vozila od 4 do 59% po
ruti, i smanjenja vremena 14 do 65
% po ruti. Unapređenjem sistema
za prikupljanje otpada ostvarena je
ukupna ušteda od 24% od ukupnih
troškova, ili u apsolutnom iznosu
ušteda je 18.014$ na mesečnom
nivou. Keramidas (2008) je
prikazao rezultate istraživanja
na optimizaciji broja i rasporeda
mesta za prikupljanja otpada u
Atini. Dizajnirane su prostorne baze
podataka u GIS radnom okruženju, a
svi dobijeni podaci su procesirani u
ARCGIS paketu. Prema proračunu,
za deo grada koji je analiziran, broj
kontejnera je redukovan sa 162
na 112, što je smanjenje od 30%,
i velika ušteda na energetskim
rashodima za prikupljanje otpada.
Tavares je obavio istraživanje
grada Praia, gde je napravljen 3D
model mreže ulica i uticaji nagiba
ulica i težine vozila su uvedeni u
optimizaciju. Korišćenjem ArcGIS
paketa sproveden je proračun po
kriterijumu minimalne potrošnje
goriva. Na ovaj način dobijena ruta
bila je 1,8% duža od minimalnog
puta ali je ekonomičnija, odnosno
potrošnja goriva je manja za 8%.
U našem bliskom okruženju,
mogu se evidentirati istraživanja
sprovedena u Hrvatskoj, koja je
publikovao Carić (2006). Analizirane
su putanje komunalnih vozila u
delu grada Zagreba, a optimizacija
je vršena razvijenim numeričkim
postupkom. Rezultati istraživanja su
ukazali na mogućnost smanjivanja
broja vozila sa 7 na 6 i uštedu u
pređenom putu od 30% u odnosu na
postojeći sistem ruta.
Stanje u Srbiji i gradu
Kragujevcu
U Srbiji nisu evidentirana
istraživanja na unapređenju i
optimizaciji sistema za sakupljanje
otpada. Činjenica je da komunalna
preduzeća u Srbiji nemaju
evidenciju o infrastrukturi sistema
za sakupljanje otpada na nivou GIS
zahteva. Podela grada na reone,
prostorni raspored lokaliteta za
prikupljanje otpada i frekvenca
pražnjenja kontejnera, najčešće
su rezultat iskustva, a ne principa
minimalnih energetskih rashoda.
Kada se razmatraju putanje
komunalnih vozila, situacija
je još složenija, i bez stvaranja
preduslova kroz implementaciju
baze podataka o resursima sistema
(po GIS zahtevima), praktično svaki
pokušaj optimizacije sistema je
osuđen na neuspeh. Otuda, razvoj i
implementacija opšteg modela baze
podataka o resursima komunalnog
sistema za sakupljanje i deponovanje
otpada ima mogućnost primene u
svakom sličnom preduzeću.
Cilj ovog istraživanja je da se
izvrši procena potencijalne uštede
potrošnje goriva a time i emisija CO2
kroz optimizaciju ruta prikupljanja
komunalnog otpada. Ovaj cilj ima
nekoliko modaliteta:
• Razvoj i implementacija osnovnog
modela baze podataka komunalnog
sistema za prikupljanje čvrstog
otpada (informaciono-ekološki
sistem Grada Kragujevca) na nivou
standardnih GIS aplikacija
• Implementacija sistema za
monitoring procesa prikupljanja
i deponovanja otpada putem
Interneta
• Implementacija metodologije za
definisanje energetskih rashoda
procesa prikupljanja i deponovanja
otpada postojećih ruta za
prikupljanje otpada
• Razvoj i implementacija
metodologije za optimizaciju
procesa prikupljanja i deponovanja
otpada bazirane na GIS tehnologiji
(optimizacija ruta).
Prostorna baza podataka
U cilju analize trenutne situacije i
definisanja optimalnog scenarija
za prikupljanje i transport čvrstog
otpada, radi smanjenja finansijskih
i ekoloških troškova, prvi korak je
kreiranje prostorne baze podataka
sa svim potrebnim elementima –
informaciono-ekološki sistem Grada
Kragujevca. Ovaj sistem je usmeren
[130]
na prikupljanje, smeštaj i obradu
krucijalnih informacija o masenoenergetskim svojstvima i bilansima..
Svrha sistema je unapređenje
energetske efikasnosti i zaštite
životne sredine grada Kragujevca i
regiona Centralne Srbije.
Razvijeni sistem skladišti u
povezanim bazama podataka sve
neophodne informacije, kao što
su gustina naseljenosti; broj, tip
i pozicija mesta prikupljanja;
mreža ulica; broj, tip, kapacitet i
karakteristike vozila sa prikupljanje;
postojeće rute za prikupljanje;
geografske granice i karakteristike
reona prikupljanja. Glavni napor
u formiranju pomenute baze
podataka je izrada baze podataka
mesta prikupljanja i baze podataka
postojećih ruta za prikupljanje.
Ovaj postupak će biti objašnjen u
narednom tekstu.
Za snimanje trenutne situacije
lokacija mesta za prikupljanje i
postojećih ruta za prikupljanje
korišćeni su uređaji Garmin
Colorado 300 i Trimble Juno.
Snimljeni podaci su prebačeni u
Garmin-ov paket MapSource koji
poseduje mapu grada. Lokacije
mesta za prikupljanje u paketu
MapSource su prikazane na slici 1.
Baza podataka takođe poseduje i
sve postojeće rute za prikupljanje
komunalnih vozila, i one se takođe
mogu prikazati na mapi grada.
Snimanje postojećih ruta vozila JKP
Čistoća trajalo je 4 meseca. Pored
GPS koordinata baza podataka
je dopunjena sa neprostornim
podacima kao što su jedinstvena
oznaka lokacije, broj kontejnera, tip
i kapacitet kontejnera, fotografija
i vreme potrebno za pražnjenje
kontejnera. Kada se govori o
putanjama baza podataka sadrži
jedinstvenu oznaku rute, prosečnu
brzinu vozila, ukupno vreme trajanja
rute i broj ispražnjenih kontejnera.
Baza podataka je modifikovana
tako da joj se može pristupiti
pomoću softverskog paketa Google
Earth. Razlog za odabir ovog
paketa je što je besplatan, veoma
je jednostavan za upotrebu bez
obzira na broj korisnika. Na slici
2 su prikazana mesta prikljanja u
paketu Google Earth. Klikom na
lokaciju mesta prikupljanja dobijamo
sve informacije koje sadrži baza
podataka.
Putanje vozila takođe se mogu
prikazati i analizirati pomoću ovog
paketa.
energija
Za optimizaciju
procesa
prikupljanja
prostorna baza
podataka je
modifikovana i
implementirana
u standardno
komercijalno
GIS okruženje
(ESRI, ArcGis).
Ovaj postupak
osigurava
kompatibilnost
sa raspoloživim
podacima
opštine
Kragujevac
(mreža ulica,
rasterska mapa
Slika 1 Lokacije mesta za prikupljanje
Slika 2 – Mesta za prikupljanje prikazana u Google Earth-u
Slika 3 – Šematski prikaz G-Target AVL
grada) i pristupa optimizacije koju
nudi GIS.
Implementacija sistema
za monitoring procesa
prikupljanja i deponovanja
otpada putem Interneta
Za potpunu kontrolu procesa
prikupljanja i deponovanja otpada
potrebno je stalno imati uvid u
istoriju kretanja vozila komunalnog
preduzeća. Za ovu svrhu iskorišćen
je sistem za satelitsko praćenje
vozila G-target AVL, koji je razvila
firma Eforte d.o.o iz Niša. Za sada
se ovim sistemom prati jedan od
kamiona ali je u planu ugradnja i
u ostala vozila gradske Čistoće.
G-target AVL je integrisani sistem za
praćenje i kontrolu vozila koji koristi
sistem za globalno pozicioniranje
preko satelita (GPS), GSM mrežu
(GPRS) i Internet. Sistem se sastoji
od G-Target uređaja koji se instalira
u vozilo, serverskog programa
G-Target SRV koji prima i šalje
podatke od G-Target uređaja i
klijentskog programa G-Target CLI
koji se instalira na računar korisnika
i preko koga korisnik ima pregled
svojih vozila na karti odnosno planu
grada.
G-Target uređaj određuje poziciju
vozila pomoću GPS modula koji je
ugrađen u uređaj (geografsku širinu,
dužinu, brzina, smer, vreme…),
komprimuje dobijene podatke i
preko GSM mreže GPRS-om i
Interneta šalje serverskom programu.
Serverski program G-Target SRV
prima podatke od uređaja i upisuje
ih u bazu podataka. Na isti način
prima i komande od korisnika preko
klijentskog programa G-Target CLI
i prosleđuje ih uređajima (šematski
prikaz na slici 3).
Vozilo se u realnom vremenu prati
na mapi grada. Korisnik može
nadgledati svoja vozila, samim tim
ih racionalnije koristiti, smanjiti
troškove i moguće zloupotrebe
(u slučaju vozila komunalnog
preduzeća nadgledanje vozila u
potpunosti isključuje samovolju
vozača pri izboru putanje kretanja).
Metodologija definisanja
energetskih rashoda
U cilju definisanja energetskih
rashoda postojećeg sistema ruta
prikupljanja komunalnog otpada
neophodno je merenje količina
deponovanog otpada. Gradska
deponija je opremljena elektičnom
vagom i svako vozilo se meri
[131]
energija
prostorne baze
podataka koji je
opisan u prethodnom
tekstu. U drugom
koraku sprovedena
je optimizacija ruta
za prikupljanje po
kriterijumu minimalnog
vremena i pređenog
puta korišćenjem
ArcGis Network
Analyst GIS paketa.
Pored toga, u trećem
koraku dopunjena
je baza podataka
Slika 5 – Energetski rashodi – svi reoni
mreže ulica faktorom
potrošnje goriva za
svaki ulični segment
i sprovedena je
optimizacija po
kriterijumu minimalne
potrošnje goriva.
Podaci potrebni za
optimizaciju i tip
podataka su prikazani u
tabeli 1.
Atributi mreže ulica
obuhvataju saobraćajne
Tabela 1 – podaci potrebni za optimizaciju
propise, topološke
položaje, specijalna
ograničenja/zabrane
(zabrane skretanja,
zabrane polukružnog
okretanja). Ovi atributi
obezbeđuju realne
uslove saobraćaja i
mogućnost
iskorišćenja
dobijenih
prilikom dolaska na deponiju
ruta.
i podaci sa vage se upisuju u
Svaka od snimljenih putanja vozila
odgovarajuću bazu podataka. Svako
detaljno je analizirana i optimizovana
vozilo poseduje jedinstvenu oznaku
korišćenjem softverskog paketa
u bazi i ona je povezana sa bazom
ArcGis. Na slikama 6 i 7 su
podataka o putanja vozila. Na taj
prikazane postojeća jedna tipična
način jednostavno se identifikuju
postojeća putanja vozila kao i
energetski rashodi prikupljanja i
putanja dobijena posle optimizacije.
trasporta komunalnog otpada kao
što su broj pređenih kilometara za
Vozilo koje ide optimizovanom
prikupljanje jedne tone komunalnog
putanjom obilazi sva mesta
otpada, broj utrošenih litara
prikupljanja i prazni isti broj
goriva po jednoj toni komunalnog
kontejnera kao i kada ide postojećom
otpada ili broj utrošenih minuta za
pražnjenje kontejnera. Na slici 4
Slika 6 – Postojeća ruta
su prikazani energetski rashodi po
rutama za jedan gradski reon (reon
1 – komercijalna zona), a slika
5 prikazuje prosečne energetske
rashode po reonima. Podaci
prikazani na slikama su na godišnjem
nivou.
Slika 4 – Energetski rashodi – reon 1
Metodologija za
optimizaciju procesa
prikupljanja otpada
(optimizacija ruta)
Metodologija korišćena u ovom
istraživanju sastoji se iz tri opšta
koraka. Prvi korak je razvoj
[132]
putanjom ali je put kraći za 2,5 km.
Posle izvršene optimizacije svih
putanja vozila urađena je tehnoekonomska analiza optimizovanog
sistema za prikupljanje otpada.
Definisani su energetski rashodi
optimizovanog sistema i upoređeni
su sa postojećim stanjem.
Na sledećim dijagramima prikazani
su energetski rashodi optimizovanog
sistema po rutama za Reon 1 (slika
8) kao i procentualne uštede u
odnosu na postojeći sistem (slika 9).
Prosečna ušteda za ovaj reon iznosila
je 15,51%.
Prosečni energetki rashodi za Reon
1 pre i posle optimizacije sistema
prikazani su na slici 10.
Ukupna postignuta ušteda
optimizacijom svih reona iznosi
oko 14%. Treba naglasiti da je
rađena optimizacija ruta vozila koja
prikupljaju otpad iz kontejnera, a
da je u planu i optimizacija ruta
vozila koja prikupljaju otpad iz
kanti koje se nalaze individualno po
domaćinstvima. Ovde se uglavnom
radi o prigradskim naseljima i
očekuje se da se optimizacijom ovih
putanja postigne ukupna ušteda od
oko 20%.
Optimizacija ruta po
kriterijumu minimalne
potrošnje goriva
Nаkon optimizаcije ruta po
kriterijumu minimаlnog pređenog
putа, neophodno je proširiti
postojeću bаzu podаtаkа i pripremiti
neophodne podаtke zа optimizаciju
po kriterijumu minimаlne potrošnje
gorivа. Strukturа rаzvijenog modelа
sа komponentаmа zа optimizаciju
prikаzаna je nа slici 11.Svаki
segment ulice, kаo deo ulice između
rаskrsnicа posedije fаktor potrošnje
gorivа (fc). Nаjekonomičnijа rutа imа
nаjmаnju ukupnu potrošnju gorivа
Slika 7 – Optimizovana ruta
energija
Slika 8 – Optimizovan reon 1
Slika 9 – Uštede u reonu 1
U cilju
izrаčunаvаnjа
ukupne potrošnje
gorivа korišćen je
metod na kome je
zasnovan progrаm
COPERT.
COPERT je
progrаm koji
izrаčunаvа
emisiju gаsovа
vozilа i poseduje
model zа
izrаčunаvаnje
potrošnje gorivа u
zаvisnosti od tipа vozilа.
Uprošćeno, potrošnjа gorivа (FCS) je
funkcijа sаmo brzine (V) i izrаženа
je jednаčinom (2):
Slika 10 – Prosečni energetski rashodi za reon 1
(TFC) izrаženu jednаčinom (1):
TFC = ∑(Lsegi · fci)
(1)
gde je:
Lsegi – dužinа uličnog segmentа sа
odgovаrаjućim fаktorom potrošnje
gorivа (fc)
Fаktor potrošnje gorivа tokom
sаkupljаnjа otpаdа zаvisi od tipа
vozilа, pređenog putа i trenutnih
operаtivnih uslovа dаtog vozilа.
FCS = 1068,4 V-0,4905
(2)
U ovoj jednаčini vrednost brzine
je preuzeta iz baze podataka o
putanjama vozila i dobijenа je sa
GPS uređаjа. Dаlje, potrošnjа gorivа
zаvisi od tipа ulice kojom se vozilo
kreće i uslovа sаobrаćаjа. Zbog
togа uvodi se fаktor
klаse
ulice (SCF) koji
Slika 11 Razvijeni model za optimizaciju
se morа uključiti u
izrаčunаvаnje fаktorа
potrošnje gorivа (fc):
fc = FCS x SCF
(3)
Fаktor klаse ulice
definisаn je zа svаki
segment ulice.
Klаsifikаcijа ulicа
urаđenа je nа osnovu
četiri kriterijumа:
okruženje, širinа ulice,
regulаcijа sаobrаćаjа
pomoću semаforа
i mere zа izuzetno
usporenje sаobrаćаjа.
Ovа četiri kriterijumа
pokаzаli su se od
nаročite vаžnosti zа
[133]
emisione fаktore i fаktore potrošnje
gorivа. Kombinаcije ovih tipovа
ulicа dаju rаzličite klаse ulicа аli
neke od njih su veomа retke pа su
neki tipovi objedinjeni. Konаčаn broj
klаsа ulicа je 17.
Nakon pripreme svih potrebnih
podataka u softeverskom paketu
ArcGis pokrenut je proračun po
kriterijumu minimalne potrošnje
gorive jedne izabrane rute koja je
već optimizovana po kriterijumu
najmanjeg pređenog puta. Na ovaj
način dobijena nаjekonomičnijа rutа
je dužine 22,6 km, što predstаvljа
povećаnje zа 0,4 km u odnosu nа
rutu minimаlnog pređenog putа.
Odnos između ukupne potrošnje
gorivа rute optimizovаne po
kriterijumu nаjmаnjeg pređenog putа
i rute optimizovаne po kriterijumu
nаjmаnje potrošnje gorivа je:
TFC2/TFC1 = 0.95
(4)
gde je:
TFC1 – ukupnа potrošnjа gorivа
zа rutu optimizovаnu po
kriterijumu nаjmаnjeg
pređenog putа
TFC2 – ukupnа potrošnjа gorivа
zа rutu optimizovаnu
po kriterijumu nаjmаnje
potrošnje gorivа
Rezultаt ukazuje na uštedu od 5 %
u potrošnji gorivа zа drugu rutu,
kao i da postoje slučajevi kada
nаjkrаćа rutа nije nаjekonomičnа.
Slikа 12 predstаvljа rutu dobijenu
u ArcGIS–u optimizovаnu po
kriterijumu minimаlne potrošnje
gorivа. Treba napomenuti da je za
definisanje klasa ulica i dobijenje
verodostojnijih rezultata potrebno
uraditi eksperimentalno ispitivanje
potrošnje goriva za svaku od
postojećih klasa ulica.
Zaključak
Grad Kragujevac, na godišnjem
nivou proizvodi oko 57.000 t čvrstog
energija
Slika 12 – Optimizovana ruta
otpada. Na osnovu dostupnih
podataka iz JKP Čistoća, u toku
2010. godine angažovano je ukupno
20 komunalnih vozila. Za obavljanje
poslova prikupljanja i transporta
čvrstog otpada, vozni park ovog
komunalnog servisa potrošio je oko
30.000.000 dinara na gorivo, ulje i
održavanje.
Na osnovu prikazanih istraživanja
realno je očekivati da može da
se ostvari ušteda od oko 20%.
Konkretno, JKP Čistoća bi u tom
slučaju ostvarila uštedu od oko
6 miliona dinara (60.000€) na
godišnjem nivou.
Takođe, ako se ima u vidu da je za
tipično komunalno vozilo (sa Euro1
motorom) emisija CO2 na nivou
oko 900g/km, dolazi se do zbirne
cifre od 213.618 kg CO2 koji se
emituje u atmosferu na godišnjem
nivou. U skladu sa uštedom goriva
doći će i do smanjenja emisije CO2
od 40 tona. Imajući u vidu da se u
Kragujevcu nedeljno sakupi oko
1.000 tona otpada, u Novom Sadu i
Nišu oko 1700-2000 t, a u Beogradu,
čak preko 10.000 t., može se doći
do zaključaka koji šire kvantifikuju
značaj prikazanih istraživanja i
sprovođenja aktivnosti na podizanju
ekološko-ekonomsko-energetske
efikasnosti komunalnih servisa u
Srbiji.
Kao što je već naglašeno, u Srbiji
nisu evidentirana značajnija
istraživanja na unapređenju
i optimizaciji sistema za
sakupljanje otpada. Otuda, razvoj i
implementacija opšteg modela baze
podataka o resursima komunalnog
sistema za sakupljanje i deponovanje
otpada predstavlja značajan doprinos
na unapređenju
funkcionisanja jednog
tipičnog gradskog
servisa. Formiranje
opšte metodologija
za unapređenje
energetske efikasnosti
procesa sakupljanja
čvrstog otpada
pružiće mogućnost
svakom komunalnom
preduzeću da na
energetski-efikasan
način reši probleme,
kao što su:
1) adekvatan raspored
mesta za prikupljanje
otpada u skladu sa
gustinom stanovništva
i stepenom
urbanizovanosti
(unapređena ili optimizovana
frekvenca pražnjenja kontejnera),
2) podela grada na reone u skladu
sa karakteristikama voznog parka
(unapređeno ili maksimizovano
iskorišćenje kapaciteta komunalnih
vozila) i
3) optimizacija putanja komunalnih
vozila u okviru definisanih reona
(smanjenje ili minimizacija
energetskih rashoda voznog parka).
Literatura
[1] Erdelez, A., Margeta, J.,
Knezić, S., Integralni pristup u
upravljanju čvrstim otpadom,
Građevinar, 59(2007), 6, pp.
505-516
[2] Kim, B., Kim, S., Sahoo, S.,
Waste collection vehicle routing
problem with time windows,
Computers & Operations
Research, 33(2006), 12, pp.
3624-3642
[3] Karadimas, N., Loumos, V.,
GIS-based modelling for the
estimation of municipal solid
waste generation and collection,
Waste Management Research,
26(2008), 4, pp. 337-346
[4] Lakshumi, A., Ramiya, A.,
Ssthya, R., Optimal Route
Analysis for Solid Waste
Disposal Using GIS, Proceedings,
International Conference of Land
Registration and Cadastre - MAP
India, New Delhi, India, 2006
[5] Apaydin, O., Gonullu, M.T.,
Route Optimization for Solid
Waste Collection: Trabzon
(Turkey) Case Study, Global
[134]
NEST Journal, 9(2007), 1, pp.
6-11
[6] Karadimas, N., Doukas, N.,
Kolakathi, M., Defteraiou,
G., Routing Optimization
Heuristic Algorithms for Urban
Solid Waste Transportation
Management, WSEAS
Transaction on Computers,
7(2008), 12, pp. 2022-2031
[7] Tavares G., Zsigraiova Z.,
Semiao V., Carvalho M.G.,
Optimisation of MSW collection
routes for minimum fuel
consumption using 3D GIS
modelling, Waste Management,
29(2009), 3, pp. 1176–1185
[8] Carić, T., Unapređenje
transporta korišćenjem
heurističkih metoda, Doktorska
disertacija, Univerzitet u
Zagrebu, Hrvatska, 2006
[9] Jovičić, N., Kalinić, Z., Jovičić,
G., Bošković, G., Locale
Environmental Information
System, Zbornik radova, 2.
Nacionalna konferencija o
kvalitetu života, Kragujevac,
Srbija, 2007
[10] Ntziachristos, L., Samaras,
Z., COPERT III – Computer
Programme to Calculate
Emissions from Road Transport,
Methodology and Emission
Factors (Ver. 2.1), European
Environmetal Agency,
Copenhagen, Denmark, 2000
[11] Ericsson E., Larsson H.,
Brundell-Freij K., Optimizing
route choice for lowest fuel
consumption – Potential effects
of a new driver support tool,
Transportation Research Part C,
14 (2006), 6, pp. 369–383
[12] Jovicic N., Boskovic G.,
Milasinovic M., Vujic G.,
Jovicic G., Improving efficiency
of municipal waste collection:
the case of Kragujevac, ISWA
BEACON 2010 Public Private
Partnership and Hazardous
Waste in Developing Countries
in SEE, Middle East and
Mediterranean Region,
Proceedings (2010), pp. 195205, Novi Sad, Srbija
energija
Srećko Ćurčić, Sandra Milunović, Snežana Dragićević
Tehnički fakultet, Čačak
UDC: 628.463: 662.756.3
Skladištenje i korišćenje
biomasa od komunalnih
sistema u energetske svrhe*
1.0 Uvodna razmatranja
Jedan od prioriteta održivog
razvoja je zamena fosilnih goriva
obnovljivim izvorima energije medju
kojima biomasa zauzima značajno
mesto, pa se kao takva našla na
prvom mestu prioriteta Strategije
razvoja energetike Republike Srbije
do 2015. Na sadašnjem nivou razvoja
tehnologija za korišćenje obnovljivih
izvora energije biomasa ima najveći
potencijal i perspektivu, pre svega
zbog postojanja energetske krize,
ograničenih rezervi fosilnih goriva,
kao i zbog zagađenja okoline pri
korišćenju fosilnih goriva.
Energija koja se dobija posredstvom
čvrste biomase poseduje višestruke
mogućnosti u različitim oblastima
primene. Tehnologije korišćenja
biomase u energetske svrhe
usmerene su ka njenom direktnom
sagorevanju ili na prethodnu
gasifikaciju, pa sagorevanje. Iz
biomase određenim tehnologijama
mogu da se proizvedu tečna
goriva (biodizel, bio-etanol i
dr.). Torefakcija, paletizacija i
piroliza mogu pretvoriti biomasu
sa umerenom energijom u nosioca
koncentrovane energije koja je
znatno lakša za transport i rukovanje.
Dobro isplaniran lanac snabdevanja
biomasom sa odgovarajućom
pripremnom tehnologijom može
značajno uticati na cenu proizvedene
energije iz biomase.
Za energetsko korišćenje biomase
neophodno je da se raspoloživa
biomasa prikupi, pripremi i
transportuje na odgovarajuću
lokaciju. Pripremni proces dobijanja
energije iz biomase ima značajan
uticaj na efikasnost lanca korišćenja
Sažetak
Biomasa kao obnovljiv izvor energije u poslednjih desetak godina predstavlja
praktičan i pouzdan način za dobijanje energije u većini zemalja EU. Brojna
naučna i praktična istraživanja usmerena su upravo na mogućnosti upotrebe
različitih oblika biomasa kao potencijalnog energenta. U radu su date
osnovne smernice skladištenja biomasa za energetsko korišćenje, prikaz
postrojenja za pirolotičko sagorevanje komunalnog otpada i analiza rada
sistema za kombinovanu proizvodnju toplotne i električne energije koja kao
gorivo koristi biomasu.
Ključne reči: biomasa, skladištenje, energetsko korišćenje.
Abstract
Biomass as a renewable source of energy in the last ten years is a convenient
and reliable way of obtaining energy in most EU countries. Numerous
scientific and practical research is aimed precisely at the possibility of using
various forms of biomass as a potential energy source. The paper provides
basic guidelines for the storage of biomass, plants for pyrolytic combustion
of municipal waste and system analysis for combined heat and electricity
production using biomass as fuel.
Keywords: biomass, storage, energy usage.
bioenergije, posebno na logistiku.
Neke države imaju manju gustinu
naseljenosti u odnosu na druge, pa
mogu biti čisti snabdevači obnovljive
bioenergije. Troškovi proizvodnje
energije iz biomase u takvim
zemljama mogli bi biti niski, ali se ne
mogu zanemariti dodatni logistički
troškovi, iskorišćena energija i
materijalni gubici. Istraživanja
pokazuju da mogućnosti unapređenja
pripremnih tehnologija i njihovi novi
∗
Rad je nastao kao rezultat rada na projektu
pod nazivom: Istraživanje kogeneracionih
potencijala u komunalnim i industrijskim
energanama Republike Srbije i mogućnosti
za regeneraciju postojećih i izgradnju novih
kogeneracionih postrojenja, Evid. br. 42013,
Ciklus istraživanja 2011-2014.
[135]
uticaji na ukupni lanac bioenergije
nisu detaljno ispitani.
2. 0 Skladištenje biomasa
od komunalnih
sistema
Skladište predstavlja prostor koji
služi za zaštitu, čuvanje i ranžiranje
zaliha u skladu sa zahtevima
dopreme i otpreme, odnosno priliva
i odliva. Ono se može smatrati trafostanicom logističke mreže preduzeća.
Najvažniji zadaci skladišta se sastoje
u:
• obezbeđenju kontinuiteta procesa
proizvodnje i kontinuiteta
snabdevanja potrošača,
• čuvanju i zaštiti robe od oštećenja i
gubitaka,
energija
Slika 1. Područja skladišta za biomase
• poboljšanju upotrebnih
karakteristika proizvoda, (npr.
sušenje biomase i td.),
• obezbeđenju ekonomičnosti
nabavke i td.
Uspešnost izvršavanja ovih zadataka
zavisi od više činioca, od kojih
su najvažniji: lokacija skladišta,
kapacitet skladišta, tehnologija
skladišta i organizacija skladišnog
poslovanja.
Ekonomija samog skladištenja
odražava se u pravilnom izboru
vida skladištenja i vrste skladišta
i u utvrđivanju kapaciteta i nivoa
mehanizacije i automatizacije rada u
skladištima. Ekonomija skladištenja
sadržana je i u
ekonomičnoj
eksploataciji
postojećih
skladišta.
Izbor vida i
vrste skladišta
i utvrđivanja
njihovog
kapaciteta
vrši se u toku
projektovanja
procesa
skladištenja.
Izborom
skladišta sa
definisanim
kriterijumima
i vrstom
skladišta dobija
se optimalno
skladište.
Skladištenje
biomasa od
komunalnih sistema treba da se
odvija na najracionalniji mogući
način, uzimajući u obzir zapreminu
deponijskog prostora, zapreminu i
stanje biomase i transportne staze.
Osnovne funkcije skladišta za
energetsko korišćenje biomasa date
su na slici 1.
Za otpatke biomase je karakteristično
da su kabasti - imaju malu nasipnu
gustinu pa zauzimaju veliku
zapreminu prilikom skladištenja. U
cilju lakšeg prikupljanja, skladištenja
i eksploatacije biomase najčešće se
vrši baliranje, briketiranje i sl. Time
se značajno povećava skladišna
gustina i gustina energije po m3, a
isto tako i olakšava manipulisanje
Slika 2 Mašine za pravljenje sečke [2]
a)
b)
[136]
prilikom doziranja u ložište.
3.0 Tehnologije korišćenja
biomase od
komunalnih sistema
Od nedavno u Srbiji postoji
rаstući interes zа tehnologije
sаgorevаnje biomаse, nаročito
u pogledu sаgorevаnje čvrstog
gorivа. Zbog velike dostupnosti
biomаse, iskorišćenost se
sistemаtski povećаvа, nаročito u
rurаlnim područjimа Srbije. Veće
interesovаnje zа korišćenje biomаse
i kombinovanu proizvodnju energije
slediće iz politike EU kojа imа zа
cilj povećаnje udelа energije iz
obnovljivih izvorа.
Energija iz biomase se dobija iz
sledećih procesa: sаgorevаnje na
rešetci ili u fluidizovanom sloju,
ko-sagorevanje sа drugim gorivimа,
gаsifikаcija i piroliza. Sаgorevаnje
biomаse je nаjpopulаrnijа tehnikа zа
proizvodnju energije pa su rаzvijene
različite konstrukcije peći zа
sаgorevаnje čvrste biomаse. Uređаji
zа sаgorevаnje čvrste biomase su
različitih kapaciteta, u rаsponu od
mаlih domаćih šporeta od 1 -10 kW
do velikih kotlovа koji se koriste u
kombinovanim postrojenjima (> 5
MW).
Postoje različite vrste biomasa:
ogrevno drvo, sečka, piljevina i drugi
drvni ostaci bez bilo kakve pripreme,
peleti, briketi, biogoriva koja se
namenski proizvode povećavanjem
njihove nasipne gustine i dr.
Piljevina se obično javlja u pilanama
i u drugim preduzećima drvne
prerade. Krupnija piljevina može i
namenski da se proizvodi za potrebe
korišćenja kao gorivo za proizvodnju
električne ili toplotne energije.
Namenska proizvodnja je obično
za potrebe domaćinstava. Tipične
tehnologije za proizvodnju sečke su
prikazane na slici 2. To su mašine
različitog kapaciteta i različitih
mogućnosti. Neke od njih su za
sečenje tankih grana i za korišćenje
za potrebe jednog domaćinstva
(Slika 2a) sa kapacitetom od 6-10
m3/h, dok su druge namenjene za
sečenje tanjih trupaca (Slika 2b)
sa kapacitetom od 100 m3/h. Ove
tehnologije za proizvodnju sečke,
prema raspoloživim informacijama
još nisu primenjene u Srbiji [1].
Nedostatak informacija i promocija
korišćenja goriva od biomase,
posebno šumskih ostataka, verovatno
je glavni razlog zašto se ova
tehnologija malo u upotrebi.
energija
Proizvodnja peleta i briketa je
u ekspanziji. Briketi su većih
dimenzija, najčešće prečnika 60100mm i dužine 20-200mm. Zbog
svoje relativno velike dimenzije
briketi, za razliku od peleta, nisu
pogodni za male i srednje kotlove
sa automatskim doziranjem. Briketi
su pogodni za kotlove i ložišta
sa ručnim loženjem. Zbog svoje
težine i dimenzija briketi su skloniji
lomljenju i mrvljenju od peleta. Iz
tog razloga su peleti interesantniji
kao gorivo. [3] U Srbiji danas
postoje proizvodači briketa ali je
obim njihove proizvodnje relativno
mali, iako je proizvodnja drvenih
peleta u ekspanziji.
Peleti mogu biti proizvedeni iz
drvnog otpada koji je čisto drvo, a
mogu biti proizvedeni sa aditivima,
pri čemu se mora voditi računa
o maksimalnom sadržaju štetnih
materija. Peleti treba da imaju
deklaraciju sa specifikacijom, pa
je cena peleta na tržištu veća ako
je sirovina za pelete čisto drvo.
Međutim, uobičajena praksa je da
se peleti proizvode bez dodatka
vezivnog sredstva (lepkova ili
smola). Tehnologija proizvodnje
peleta treba da ispuni osnovne
uslove kvaliteta proizvoda, a to je
otpornost na lomljenje i trunjenje
pri skladištenju i transportu. Neke
evropske zemlje gde se peleti
troše u velikoj količini, usvojile su
vrlo detaljne standarde po pitanju
kvaliteta peleta (Švedska, Austrija,
Nemačka).
U Srbiji se uglavnom primenjuju
termoenergetska postrojenja u
kojima se biomasa direktno sagoreva
u ložištima sa ravnom nepokretnom
rešetkom. Iako je bilo pokušaja da
se takva postrojenja osavremene,
pri čemu su građena postrojenja kod
kojih su primenjivane tehnologije
sagorevanja na kosoj i vertikalnoj
rešetki, u ciklonskim ložištima ili
u fluidizovanom sloju, nijedno od
takvih rešenja nije našlo širu primenu
u praksi.
1. sušenje
2. isparavanje,
3. sagorevanje volatila (isparljivih),
4. sagorevanje vezanog ugljenika,
5. dogorevanje.
Za razliku od klasičnog sagorevanja,
pirolitičko sagorevanje biomasnog
otpada karakterišu dve istovremene,
ali prostorno odvojene faze rada. U
tzv. pirolitičkoj komori koja sadrži
celokupno smeće koje se spaljuje,
odvija se proces nepotpunog
sagorevanja. Uz nedovoljnu količinu
vazduha, pri visokoj temperaturi
dolazi do isparavanja volatila
i otpada. Ovi gasovi, uz ostale
produkte nepotpunog sagorevanja
odlaze u tzv. plamenu komoru
postrojenja gde, uz dovoljnu količinu
vazduha, potpuno sagorevaju
stvarajući dimne gasove još više
temperature. Zbog delimične
sličnosti sa poznatim postupcima
hemijske pirolize (razlaganje,
odnosno isparavanje goriva na
visokoj temperaturi bez prisustva
vazduha), ovaj način sagorevanja
smeća je i dobio naziv: pirolitičko
sagorevanje. Sledeća faza rada
postrojenja obavlja se u izmenjivaču
toplote gde se dimni gasovi hlade
zagrevajući vodu ili paru i na taj
3.1 Pirolitičko sagorevanje
biomase
Sagorevanje biomasnog otpada
treba da se vrši se u specijalno, za
tu namenu, konstruisanom kotlu
sa pokretnom rešetkom (rostovi) i
posebnim kanalima za cirkulaciju
i recirkulaciju vazduha. Vazduh
potreban za sagorevanje se dovodi
ispod i iznad rešetke, a proces
sagorevanja se odvija na jednom
mestu i to kroz nekoliko, vremenski
odvojenih faza [4]:
1. Otvor i poklopac za prijem smeća
2. Klizna vrata između prese i pirolitičke
komore
3. Hidraulična presa za briketiranje
4. Plamenik za potpalu
5. Pirolitička komora
6. Velika kotlovska vrata
7. Ventilator primarnog vazduha
8. Elektromotorni ventil za regulaciju
primarnog vazduha
9. Ventilator sekundarnog vazduha
10. Ručna regulacija količine sekundarnog
vazduha
11. Pilot plamenik za podržavanje procesa
sagorevanja
12. Plamena komora
način oslobađaju korisnu toplotu [4].
Na slici 3. data je detaljna šema
postrojenja za pirolitičko sagorevanje
smeća i korišćenje toplote dimnih
gasova. Ova postrojenja su značajna
zbog spaljivanja otpada, korišćenja
energije i zaštite okoline od
zagađivanja, kako vazduha tako i
nadzemnih i podzemnih vodotokova.
3.2 Postrojenja za kombinovanu
proizvodnju toplotne i
električne energije na biomasu
Uobičajen naziv za istovremeno
generisanje korisne toplote i
električne energije u jednom
procesu je kogeneracija. Principi
kogeneracije poznati su već duže
vreme, a tehnologija se poboljšava
i razvija već godinama. Primena
kogeneracijskih sistema se
prvenstveno razmatra zbog njihove
visoke energetske efikasnosti, i
sa tim povezanim ekološkim i
ekonomskim prednostima.
Prednost postrojenja kombinovanih
postrojenja je njihov visok ukupni
stepen korisnosti (80%) u poređenju
sa stepenima korisnosti odvojenih
postrojenja za proizvodnju toplote
(85%) i proizvodnju električne
energije (35%). Viši stepen
korisnosti znači manju potrošnju
goriva, a manja potrošnja goriva za
Slika 3. Izgled pirolitičkog postrojenja [4]
[137]
13. Vizuelna kontrola plamena
14. Izmenjivač toplote
15. Izlaz primarne vode
16. Ulaz sekundarne vode
17. Ventilator dimnih gasova
18.Otvori za regulaciju podpritiska u sistemu
19. Vod za recirkulaciju dimnih gasova
20. Ručna regulacija količine recirkulisanih
gasova
21. Ventilator za hlađenje dimnih gasova
22. Zatezni otvor za vazduh
23. Zatezni otvor za vazduh i dimne gasove
24. Odvod dimnih gasova u dimnjak
25. Merno - regulacioni put
26. Kontrola zagađivanja vazduha
energija
(strugotinа,
drvni otpаdа, i
sl.) procenjeni
na oko 10400
t. Ukupne
energetske
potrebe i
kаrаkteristike
energetskih
potrošača
i njihovih
zаhtevа su
glаvni fаktori
koji utiču
na izbor
odgovаrаjuće
biomаse za
kombinovаnu
1-kotao, 2-turbina, 3-generator, 4-kondenzator, 5-hladnjak, 6-reducir-rashladna stanica, 7-kondenzator, 8-pumpa za
proizvodnju
kondenzat i 9-napojna pumpa
toplotne i
električne energije. Pretpostavlja se
datu raspoloživu količinu drvnog
• Direktnim sаgorevаnjem biomаse
da su potrebe električne energije 1,2
u kotlovima sa rešetkom ili u
otpada znači veću proizvodnju
MWe
a toplotne energije 6 MWt.
fluidizovаnom sloju, koji su
toplotne i elektricne energije.
Gorivo
koje će se koristiti za
povezаni sа turbinom pare niskog
Električna energija proizvedena u
kombinovanu
proizvodnju je otpadna
pritiska;
preduzećima može biti iskorišćena
biomasa
(ostaci
od drveta). Ukupan
za zadovoljenje sopstvenih potreba
• Proizvodnja drvnog gasa i njegovo
stepen
korisnosti
kombinovane
ili može biti predata mreži i prodata.
sаgorevаnje u pаrnim kotlovimа
proizvodnje
zavisi
od tehnologije
Iz tog razloga su ova preduzeća u
koji su povezani sa parnom
konverzije
biomase,
vrste biogoriva,
principu zainteresovana za što veću
turbinom i generаtorom.
efi
kasnosti
konverzije
i tehnoproizvodnju električne energije,
Druge tehnologije za kombinovanu
ekonomskih faktora. Analizirani
posle zadovoljavanja svojih potreba
proizvodnju obuhvataju sisteme
sistem za kogeneraciju dat je na
za toplotnom energijom.
koji koriste Stirling motore, sisteme
slici 4.
Goriva koja se mogu koristiti u
direktnog sagorevanja biomase sa
Proračun je sproveden za nominalne
kombinovanim postrojenjima
gasnim turbinama i regeneracijom
parametre
turbine. Dobijena toplota
su različita: prirodni gas, ugalj,
toplote, i sisteme na biogas koji
primenjuje
se zа grejаnje i pripremu
laka goriva ulja, čvrste i gasovite
se i dalje istražuju. Kombinovаna
tople
vode,
sa pretpostavkom da se
biomase i otpadna goriva. Biomasa,
proizvodnja toplotne i električne
10%
toplote
koristiti zа pripremu
u smislu goriva za proizvodnju
energije može se ostvаriti ne sаmo u
tople
vode.
Dа
bi se pojednostаvio
energije (električne i toplotne) jeste
velikim postrojenjа, već i u loklanim
prorаčun pretpostаvljeno je dа sistem
biorazgradljiva materija nastala u
mаlim i srednjim sistemima. Veliki
poljoprivredi, šumarstvu i pratećoj
potencijali biomase, nove energetske rаdi sa efikаsnošću koja odgovаrа
srednjoj temperаturi grejnog periodа
industriji i domaćinstvu i obuhvata:
politike i ekonomski problemi
od 4 ºC. Izračunata srednja vrednost
uzrok su povećanja interesovanja za
biljke i delove biljaka, ostatke i
potrebne količine toplote za dati
korišćenje ne skupih, ali pouzdanih
nusproizvode biljaka nastale u
sistem je 3000 kW. Obzirom dа u
tehnologija za kombinovanu
poljoprivredi (slama, kukuruzovina,
toku grejne sezone oduzeta pаra nije
proizvodnju toplotne i električne
granje, koštice, ljuske), ostatke
dovoljna da pokrije potrebnu toplotu
energije na lokаlnom nivou.
životinjskog porekla nastale u
za grejanje sistem je opremljen
poljoprivredi (izmet), ostatke
Primer korišćenjа biomаse zа
biljaka u šumarstvu (ostaci pri seči
kombinovаnu proizvodnju toplotne i sа reducir-rashladnom stanicom,
šuma) i biorazgradljive ostatke u
električne energije dat je na sledećem koja se koristi za pokrivanje vršnih
opterećenja. Uklupna efikаsnost
prehrambenoj i drvnoj industriji koji primeru: pretpostavka je da će se
sistema je 76,4%, a toplotnа
ne sadrže opasne materije.
proizvoditi energija koja je dovoljna
efikаsnost 63,7%.
Kombinovana proizvodnja toplotne i da pokrije potrebnu energiju za
Ako se pretpostavi da je cena
region
koji
se
prostire
na
18060
električne energije iz biomase može
biomase (ostаci od drvetа) 63 € /
hа,
na
kome
živi
4000
stаnovnikа.
se realizovati kroz sledeće procese:
t,
godišnja količina biomаse kojа
[5]. Nаjveći
će
biti spаljenа u kogeneracijskom
Tabela 1. Podsticajne tarife za proizvodnju električne energije deo regionа
postrojenju
15750 tonа, ukupni
je
pokriven
iz biomase i biogasa
troškovi eksploаtаcije biomаse
šumom
iznosiće 992 250 €. Upoređujući
površine 4620
sаgorevаnje
biomаse sа
hektаrа i ima
sаgorevаnjem kаmenog ugljа
visok prinos
čija je cena 175 € / t, može se
prirodne
zаključiti dа su ukupni godišnji
biomase:
troškovi eksploаtаcije uglja veći
godišnji
za 40% u odnosu nа sagorevanje
prinosi drvetа
Slika 4. Kogenerativni sistem na biomasu
[138]
energija
biomаse. Podsticajne cene električne
energije u Srbiji koja se proizvodi
korišćenjem obnovljivih izvora
energije i u kogenerativnim
postrojenjima date su u tabeli 1.
4.0 Zaključna razmatranja
Ostvarivanje redovnog energetskog
snabdevanja je osnovni cilj svakog
društva i zavisi od obezbeđivanja
bezbednih i pouzdanih izvora
energije. Intenzivniji i usmereniji
razvoj obnovljivih izvora energije
u Srbiji mogao bi poboljšati
energetsku sliku i smanjiti troškove
uvoza fosilnih goriva. Zahtevi za
energentima su u Srbiji u potpunoj
disproporciji sa stvarnim zalihama
što uslovljava veliki uvoz. Ovaj
problem je moguće delimično rešiti
korišćenjem energije biomase na
lokalnom nivou, uz uključivanje
komunalnih sistema za organizovano
sakupljanje i skladištenje.
EU ubrzano sprovodi politiku
sve većeg korišćenja obnovljivih
izvora energije. Za energetsko
korišćenje biomase neophodno
je da se raspoloživa biomasa
prikupi, pripremi i transportuje na
odgovarajuće mesto za energetsko
korišćenje. Obnovljiva energija
iz biomasa obezbeđuje oko 4%
primarne energije EU (Eurostat)
i biće potrebne značajne količine
biomase da bi se dostigli budući
ciljevi postavljeni od strane EU.
Planovi EU su da do 2020. godine
obnovljiva energija učestvuje
sa 20%, što čini 230-250 Mtoe
bioenergije zavisno od raznih
scenarija [6]. Pored toga, kao zamena
transportnom gorivu, EU je postavila
sebi minimalni obavezujući cilj
korišćenja 10% biogoriva do 2020.
godine. Bioenergija učestvuje sa 22%
u snabdevanju zemalja u razvoju
primarnom energijom i oko 10%
globalnih energetskih potreba [7].
U radu su dati neki aspekti
skladištenja biomasa, analiza rada
sistema za pirolitičko sagorevanje
biomasa i kombinovanu proizvodnju
toplotne i električne energije na
biomasu. Na osnovu analize troškova
korišćenja goriva u kogenerativnom
sistemu nedvosmisleno je pokazana
ekonomska opravdanost korišćenja
biomase za dobijanje toplotne i
električne energije.
[2] www.linddana.dk
[3] World Energy Outlook 2006,
IEA 2006; See also: /http://www.
worldenergyoutlook.org/2006.
asps.
[4] Marković D.: Procesna
i energetska efiaksnost,
Univerzitet Singidunum,
Beograd, 2010.
[5] Kozak, T., Majchrzycka, A.,
Application of biomass for
combined heat and power
production in the rural region,
International symposium
“Energetic Technologies – 2009”,
Vrnjačka Banja, 22-23.5. 2009.
[6] European Commission Green
Paper: European strategy for
sustainable, competitive and
secure energy, COM (2006), 105
final.
[7] Wiesenthal T, Fernandez R,
Taylor P, Greenleaf J.: Energy
and environment in the European
Union, EEA report, Copenhagen,
Denmark, 2006, p. 1–56.
Literatura
[1] Energy Saving Group: Studija
opravdanosti korišćenja drvnog
otpada u Srbiji, 2008.
[139]
energija
Radinko Gligorijevic, Jeremija Jevtic, Djuro Borak
IMR-Institute
UDC: 662.75.001/.004
Dependence of the Diesel
Exhaust Emissions on
Biodiesel Fuel Properties
Introducing
It is absolutely clear that the
reduction of energy consumption
and the protection of environment
– exhaust emissions reduction, i.e.
cleaner air, will be one of the main
tasks of automotive industry in the
next decades of 21st century.
The transportation sector is major
consumer of mineral oils. In this
sector, diesel engines which have
become dominant drive for heavyduty vehicles and agricultural
mechanizations, consume
approximately 30% fuels, or
about 11 million barrels/day
worldwide and the growth of 2.5%
per annum is expected to continue
until 2020.
The greatest problem in automotive
design is not drastically to reduces
the exhaust emission or the fuel
consumption in isolation, but rather
to achieve both-improve the fuel
consumption and cut the exhaust
pollutant emission to almost zero.
In nowadays an automobile is
declared to be nature’s enemy No.1
although this is pure discrimination
without any justification. On the
other hand no society or individuals
are willing to deprive themselves
of automobile services. Since
no adequate replacement for
its power unit is to be seen in a
foreseeable future, the development
of an automobile will continue by
evolution because revolutionary
ideas will be prevented by business
lobbies just as it is the case with
pharmaceutical industry.
The growth in the number of vehicles
worldwide has led to in increase
Abstract
Diesel engines are the most efficient prime movers. Hence, diesel is being
used extensively, but due to gradual depletion of fossil fuel reserves, it price
keep changing, and the impact of environmental pollution of increasing
exhaust emission there is an urgent need for suitable alternative fuels.
Biodiesel is an alternative diesel fuel, defined as the mono-alkyl esters of
vegetable oils or animal fats, is a renewable fuel which can be used as a
direct replacement for mineral diesel fuel.
The plant oil and alcohols can both be derived from biomass. Since the
source of biodiesel varies with the location, it is important to possess data
on how the varies fatty acid profiles of the diferent sourcees can influence
biodiesel fuel properties which will be reflected in the emissions.
From this aspect this work deal with the effect of biodiesel fuel properties on
exhaust emissions.
global fuel consumptions (Figure1
and 2) and air pollution and lower
percentage CO2 emission from the
transport sector.
While increasing traffic is an
implication for the growth of a
region’s economy it also implies
major challenges for industry,
politics and society.
The growing global fuel
consumption, the explosive growth
in price of crude oil, limited sources
and negative effect on environment
by pollution and greenhouse
effect has imposed increasingly
use alternative sources globally,
especially from lignocelluloses
biomass.
Figure 1. Future growth projected in motorization /1/
[140]
energija
/3-5/ strongly
indicates that the
use of SVO will
lead to reduce
engine life. This
reduced engine
life is caused
by the build
up of carbon
deposits inside
the engine, as
well as negative
impacts of SVO
on the engine
lubricant. Both
carbon deposits and excessive
buildup of SVO in the lubricant
are caused by the very high boiling
point and viscosity of SVO relative
to the required boiling range for
diesel fuel. The carbon buildup
doesn’t necessarily happen quickly,
but instead over a long period.
Long-term operation results in
operational and durability problems.
The blends of vegetable oil with
conventional diesel may mitigate
the problems to some degree, but
do not eliminate them entirely.
Studies show that carbon build up
continues over time resulting in
higher engine maintenance costs and/
or shorter engine life. Figure 3 shows
how the tendency to form carbon
deposits increases with blending of a
vegetable oil into a diesel fuel /4/.
Figure 2. Future growth in World cars and fuel consumption /2/
The use of biofuels in diesel engine
could reduce the two major crises,
namely the fossil fuel depletion and
environmental pollution.
Biodiesel can be obtained from
a variety of renewable sources
such as vegetable oils and animal
fats. Vegetable oils from crops as
rape, sunflower, soyabeen, peanut,
coconut, palm, karanja, cotton,
mustard, jatropha, linseed, and coster
have been evaluated in many parts of
the world in comparison with other
non-edible oils /3,4/.
Use of biodiesel is catching up
all over the world especially in
developed countries. At present, USA
uses more than 50 million gallons
and European countries use > 350
million gallons of biodiese annuallymixed with fossil diesel.
The energy content of biodiesel
(100%) is 10-12% lower then
conventional diesel. This leads to
roughly 2% lower energy content
in B20 blend biodiesel in mineral
diesel. In general, B20 will cost $
o.20 to $ o.40 per gallon more than
mineral diesel.
There is interest in direct use of
vegetable oils as straight or row
vegetable oils (SVO or RWO), or
of waste oils from cooking and
other processes. Some researches
Experimental
Tests of the effect of biodiesel and
mineral diesel mixture on diesel
exhaust emissions have been
performed on a three cylinder
tractors DI diesel engine (THDM 33/
T~ TD 3.152 Perkins) of rated power
40.5 kW, 2250 R.P.M. swept volume
2.5 dm3 , turbocharged KKK 14 with
intercooler. The engine is an older
design with an open combustion
chamber in the piston, while nozzles
have 4 holes with dia.0.28 mm each.
Injection pressure is 210 bar
and injection angle 120 . It is
Figure 3. The tendency to form carbon depowell
known that the majority
sits as function of percent vegetable
of investigations relating to the
oil into diesel fuel
effect of fuel quality on diesel
emissions are performed on
engines of modern design that
having considerably higher
injection pressures and that have
nozzles with greater number of
holes.
Three types of diesel fuel have
been used in this study: 1)
regular diesel fuel (according En
590: ρ=0.84g/cm3, S=0.035%,
CI=48.6, aromatics=26%) as
[141]
a reference (B0), 2) mineral dieselbiodiesel 20% (P1B20%) v/v blend
of palma biodiesel-PME ( ρ=0.85
g/cm3 , CI=49.9) and a 3) mineral
diesel-biodiesel 20% (P2B20%)
v/v blend of palma biodiesel-PME
(ρ=0.90 g/cm3, CI=48.7). It is
observed that density of biodiesel
–P1B20 and P2B20 is higher, while
the mass-based energy content is
lower then those of mineral diesel.
Diesel engine emissions were
measured in accordance with ECE
R96 Regulation, 8-mode cycle.
Results and Discussion
The value of specific emissions NOx
and PM (g/kWh) for three types of
diesel fuel are shown in Figure 4.
They are the result of making an
average value of an emission for
each mode and basic parameters of
engine functional characteristics.
From Figure 4 it can be seen, that
PM emissions levels of P1B20 and
P2B20 fuel are lower by 18% and
7% respectively in relation to the
reference regular diesel fuel, whereas
NOx level is increased by 13% and
15% in relation to the reference
regular diesel fuel. It is unknown
exactly cause of the increased NOx
emissions for biodiesel. However, a
number of fuel properties -as cetane
number, density, heating value and
iodine number, as well as operating
conditions have influence on NOx
emissions. The higher oxygen
availability in the combustion
chamber could promote higher NOx
emissions. NOx emissions of P1B20
fuel and P2B20 are insignificant
different. As far as PM there are
several factors that contribute in the
reduction of its. The oxygen content
of the bidiesel molecule, the absence
of aromatics, the lack of sulfur,
and the lower final boiling point of
biodiesel are the main factors that
govern PM formation.
It can be noticed that PM emissions
level of P1B20 fuel is lower about
10% in relation to the P2B20 fuel.
The difference between P1B20 and
P2B20 particulate matter emissions
may be because of difference
content of fatty acids in these of
two biodiesel fuels, since the source
of biodiesel varies with location.
Namely, palm oil biodiesel has
contain within 50% saturated fat
acid within the composition of
38-48% palmitic acid (16: 0), 5-6%
stearic acid (18:0), 1-2% myristic
acid (14:0) and 50% unsaturated fat
acid in the composition of 38-44%
energija
Figure 4. Specific PM and NOx emissions with three types of diesel fuels
oleic acid (18:1) and 9- 12% linoleic
acid (18:2). It means that H/C
relations can be different in these
two biodiesel fuel. Also, it means
that total unsaturated of these two
biodiesel fuels is different. On this
fact indicated different density of
two biodiesel fuels. Thus, constant
injection quantities of a lower
density fuel results in leaner change
mixtures and lower PM emissions.
The degree of unsaturation of a
biodiesel fuel, which is characteristic
of the original oil have effect on the
exhaust emission and combustion
timing /8, 9/. This confusion could
be solved if it was analyzed chemical
composition of two biodiesel fuels.
Fatty acids containing one double
bond posses the lowest iodine
number. Increasing the number of
the double bonds, the iodine number,
thus the aptitude for polymerization
increases, and oxidation stability
decreases. The number of the fatty
acids also influence on the properties
of the product.
Conclusion
According to this investigation it can
be said that:
1. PM emissions level of P1B20 and
P2B20 fuels are lower by 18% and
7%% respectively in relation to
the reference regular diesel fuel.
The lower density biodiesel P1B20
fuel results in leaner change
mixtures and lower PM emissions.
2. NOx level is increased by 13%
and 15% in relation to the
reference regular diesel fuel. NOx
emissions of P1B20 fuel and
P2B20 are insignificant different.
3. The density and cetane index of
mineral diesel- biodiesel blends is
increased compared to the density
of the mineral diesel fuel.
4. The source of biodiesel varies
with the location, and the varies
fatty acid profiles of the diferent
sourcees can influence biodiesel
fuel properties which will be
reflected in the emissions.
Acknowledgments
This research has been financed by
Ministry of Science and Technology
of the Republic Serbia and authors
expressed their appreciation.
References
/1/ Nierkauve, B., Alternative
Kraftstoffe- Principielle
Moglihkeiten und Aktueller
Stand, 5th International Colloquim
Fuels 2005 TAE, StuttgartEsslingen 2005, Proceedings,
p.637-641
/2/ Hagenov, G ., The Energy Supply
for Road Traffic in the Present
and in the Future, 5th International
Colloquium Fuels 2005 TAE,
Stuttgart-Esslingen 2005,
Proceedings, p.519-532
/3/ Gligorijevic, R., Jevtic, J.,
Borac, Dj., Automotive Industry:
Technical Issues and Global
Economic Crisis Nova Science
publishers, Inc., New York 2010
/4/ Gligorijevic, R., Jevtic, J., Borac,
Dj., Biomass into Biofuels as the
Chance to Reduction of Energetic
[142]
Dependence and Increasing
Work Jobs, Energija-EkonomijaEkologija, No.3/4, 2009, pp.110
/5/ Baby, K., Devardjane, G.,
Vegetable Oils and their Derivates
as Fuels for CI Engines: An
Overview. SAE Technical Paper
No.2003-01-0767
/6/ Samuel, J., Charles, P., Joseph, T.,
Used Vegetable Oil Fuel Blend
Comparisons Using Injector
Coking in a DI Diesel Engine,
ASAE Paper No. 2001-6051
/7/ Bruver,J., et al. Use of Sunflower
Seed oil in Diesel Engine
Tractors, IV- International
Symposium on alcohol Fuels
Technology, Guaruja 1980, Brazil
/8/ Knothe G., Dependence of
Biodiesel Fuel Properties on
the Structure of FattyAcid
Alkyl Esters, Fuel Processing
Technology, V.86, 2005, pp.1059
/9/ Lapuerta, M., Armas,
O.,Rodriguez , J., Effect of
the Degree of Unsaturation of
Biodiesel Fuels on Nox and
Particulate Emissions, SAE 200806-23
energija
Svjetlana Dokić, dipl.el.ing., Tin Štula Vukušić, dipl .pol.
JP Srbijagas
UDC: 662.76 : 504.75.05/.06
Ekološki aspekti primene
prirodnog gasa kao
energenta
1.Uvod
Naučno-tehnički progres izazvao
je ubrzani ekonomski razvoj,
ali i mnoge ekološke posledice.
Tradicionalni koncept razvoja
orijentisanog na rast proizvodnje,
a ujedno i rast potrošnje u svim
sferama, pogotovo u potrošnji
prirodnih resursa, došao je do
svojih krajnjih granica. Takozvani
eksterni (marginalni) troškovi zbog
zagađivanja životne sredine počinju
nadmašivati finansijsku dobit. Zato
se kapital u razvijenim zemljama sve
više ulaže u energetsku efikasnost,
razvoj i primenu obnovljivih
resursa u svim sektorima industrije
i implementaciju ekološki čistih
tehnologija proizvodnje.
Paradigma održivog razvoja
obuhvatila je ceo svet, ali posledice
prethodnog tradicionalnog prilaza
ekonomskom razvoju teško je
prevazići. Dokaz toga je pre svega
još uvek uzlazna kriva koncentracije
gasova sa efektom staklene bašte u
atmosferi.
2. Efekat staklene bašte –
uzrok i posledice
Kao što znamo, gasovi, koji su inače
u sastavu atmosfere malo zastupljeni,
glavni su uzrok klimatskih promena.
Određeni gasovi zadržavaju se
u atmosferi obrazujući štit koji
propušta sunčeve zrake koji
zagrevaju i površinu i atmosferu.
Kao posledica zagrevanja sa površine
zemlje emituje se infracrveno
zračenje. Deo zračenja prolazi kroz
atmosferu, deo biva reflektovan od
strane gasova staklene bašte a deo
biva apsorbovan. Zbog apsorpcije
zračenja od strane gasova
staklene bašte dolazi do ponovnog
Sažetak
Infrastrukturne mreže „najodgovornije“ za negativne efekte širenja ljudske
civilizacije su one energetskog i saobraćajnog tipa. Štetni uticaji energetike
i saobraćaja na životnu sredinu sve su izraženiji, posebno kroz efekte
„staklene bašte“ i „kiselih kiša“, tako da poprimaju problem planetarnih
razmera.
Najbolji način za smanjenje njihovog štetnog uticaja na okolinu jeste
prelazak na tipove energenta sa manjim stepenom zagađenja. Posmatrano
i sa stanovništa eksploatacije i sa stanovništa korišćenja, prirodni gas se
nameće kao jedno od najpovoljnijih rešenja za oba slučaja.
Prirodni gas zahvaljujući hemijskom sastavu i karakteristikama , postao je
bitan faktor zaštite
životne sredine.
Ključne reči: prirodni gas, životna sredina,CO2
Abstract
Infrastruction networks “most responsible” for negative effects of the
spread of human civilization are those dedicated to energy and transport.
Harmful effects of energy production and traffic upon the environment
are becoming ever more evident, especially in the form of the greenhouse
effect and acid rains, and the problems caused thereby are gaining global
importance.
The best way to decrease their damaging influence on the environment is
transfer to the types of fuels that cause less pollution. From the points of
exploitation and use, natural gas imposes as one of the best solutions.
Natural gas, due to its chemical composition and its properties, has become
an important element of the protection of the environment.
Key words: natural gas, environment, CO2
emitovanja zračenja prema zemlji.
Ova pojava poznata je kao efekat
staklene baste a njena posledica je
zagrevanje površine Zemlje i nižih
slojeva atmosfere.
Naučnici tvrde da će sa povećanjem
efekta staklene bašte doći do
povećanja temperature širom
sveta, što bi rezultiralo mnogim
katastrofalnim ekološkim efektima.
Međuvladin panel o klimatskim
promenama (IPCC) predviđa u svom
[143]
“Četvrtom Izveštaju” objavljenom
u 2007. godini da će tokom 21.
veka globalne prosečne temperature
porasti za između 2,0 i 11,5 stepeni
Farenhajta. Peti Izveštaj je trebalo da
bude objavljen negde između 2010 i
2015. Globalno zagrevanje, odnosno
“efekat staklene bašte” je pitanje
zaštite životne sredine koja se bavi
globalnim klimatskim promenama
zbog povećanog nivoa atmosferskih
“gasova staklene bašte”.
energija
Činjenica je da
u toku proteklih
20 godina
više od 50%
ukupne emisije
ugljendioksida
prouzrokovano
čovekovom
aktivnošću potiče
od sagorevanja
fosilnih goriva
za zadovoljenje
energetskih
potreba.
Kao najpovoljnije
fosilno gorivo u
smislu ekološke
pogodnosti
nameće se
prirodni gas koji
Slika 2 Prikaz globalnih promena koje su posledica globalima najmanji
nog zagrevanja. Povećane emisije štetnih materija
koeficijent emisije
odražava se na klimatske promene:porast temperaugljen
dioksida za
ture, porast nivoa mora, topljenje ledene kape
isti toplotni efekat.
Svetski savez za
energiju (WEC)
izvršio je analizu
predviđenog
porasta
koncentracije
ugljendioksida
na osnovu više
razrađenih
scenarija sa
različitim učeščem
energenata.
Prema toj analizi
najpovoljnija
varijanta, u smislu
smanjenja emisije
ugljendioksida
je
varijanta
Cekološka
varijanta
Smanjenje emisije gasova sa efektom
koja
podrazumeva
povećanje
učešća
staklene bašte je postao primarni
novih
obnovljivih
izvora
energije.
fokus programa zaštite životne
Takođe povoljna je i varijanta A3
sredine u zemljama širom sveta.
Zbog toga se čini napor da se pojave koja predviđa veće učešće prirodnog
gasa.
i procesi koji izazivaju taj efekat na
Spaljivanje gasa na mestu drugih
neki način stave pod kontrolu.
Slika 1 Efekat staklene bašte
Slika Struktura gasova staklene bašte prema podacima Energy Information Administration
fosilnih goriva emituje manje štetnih
zagađujućih materija, pa samim tim
povećano oslanjanje na prirodni
gas potencijalno može da smanji
emisiju štetnih zagađivača. Prirodni
gas se sastoji uglavnom od metana
i hemijski proces sagorevanja
sastoji se od reakcije između metana
i kiseonika pri čemu se oslobađa
ugljen-dioksid (CO 2), voda (H 2
O), i mnogo energije. Sagorevanje
metana može se predstaviti sledećom
jednačinom:
CH4 [g] + 2 O 2 [g] -> CO 2 [g] + 2 H
O [l] + 891 kJ
2
Kao što je poznato ugalj i nafta
se sastoje od mnogo složenijih
molekula, sa višim sadržajem
ugljenika, azota i sumpora. To znači
da kod sagorevanja uglja i nafte
oslobađa se više štetnih materija,
uključujući i veći koeficijent
emisije ugljenika, azotnih oksida
(NOx) i sumpor-dioksida (SO2).
Pri sagorevanju uglja i lož ulja
oslobađaju se čestice pepela u
životnu sredinu, supstance koje
ne sagorevaju već se sprovode u
atmosferu i doprinose zagađenju
Procentualno gledano, sagorevanje
prirodnog gasa emituje skoro 30
odsto manje ugljen-dioksida od
nafte, a nešto manje od 45 procenata
manje ugljen-dioksida od uglja. Pri
sagorevanju prirodnog gasa, s druge
strane, oslobađa se veoma mala
količina sumpor-dioksida i azotnih
oksida, praktično nema pepela
i čestica, kao i niži nivo emisije
ugljen-dioksida, ugljen-monoksida
i drugih reaktivnih ugljovodonika.
Naredna tabela jasno oslikava
nesumnjivu ekološku prednost
prirodnog gasa u odnosu na sva
ostala fosilna goriva, naročito ugalj
i mazut. Uticaj na čistoću ljudskih
i životinjskih habitata, te smanjenje
enviromentalnih oštećenja koja prate
eksploataciju uglja i koksa, ne može
biti mjeren nikakvim energetskim,
ekonomskim ili drugim parametrima.
3. Natural Gas STAR
inernational Program
Jedno pitanje koje je nastalo u vezi sa
prirodnim gasom i efektom staklene
bašte je činjenica da je metan, glavna
komponenta prirodnog gasa, i sama
moćan gas staklene bašte. Metan ima
sposobnost da zadrži toplotu skoro
21 put efikasnije nego ugljen-dioksid
i samim tim daleko opasniji za
efekat staklene bašte nego ugljendioksid. Poređenja radi, 1 tona
emisije metana ekvivalent je 23 tone
emisije CO2 u vremenskoj skali od
[144]
energija
Slika 4 Nivo ugljen-dioksida: levo: jul 2003, desno: jul 2007. Credit: NASA/JPL.
Slika 5 Koncentracija ugljendioksida u atmosferi za scenarij: A1-veće učešće
nafte, A2-veće učešće uglja, A3-veće učešće prirodnog gasa
Tabela 1 : Specifične emisije štetnih materija u procesima sagorjevanja u g/GJ
100 godina. Prema tome postavlja se
pitanje koliko povećanje korišćenja
prirodnog gasa utiče na povećanje
emisije metana usled curenja metana
iz bunara, cevovoda, ventila ,
prirubničkih spojeva i slično.
U skladu sa tim, Environmental
Protection Agency (EPA) i Gas
Research Institute (GRI ) 1998.
godine uradilo je Studiju kojom se
nastojalo utvrditi da li će smanjenje
emisije ugljen-dioksida, povećanjem
korišćenja prirodnog gasa, biti
nadoknađeno mogućim povećanim
nivoom emisije metana. Studija
zaključuje da smanjenje emisije
povećanjem upotrebe prirodnog gasa
nadmašuje efekte povećane emisije
metana.
Međutim zabrinuti konstantnim
povećanjem gasova staklene bašte
godine 1993, EPA je pokrenula
Natural Gas STAR Program,
dobrovoljno partnerstvo naftnih i
gasnih kompanija, u cilju smanjenja
emisija metana. Kroz 17 godina
saradnje naftnih i gasnih kompanija
EPA je izgradio sveobuhvatan
paket tehničkih informacija u cilju
ublažavanja emisije metana koji su
uspešno implementirani od strane
kompanija članica. Primera radi,
paket sadrži tehničku dokumentaciju
koja opisuje više od 150 tehnologija
i praksi koji mogu da dovedu do
značajnog smanjenja štetnih emisija.
Natural Gas STAR International
Program broji više od 130 naftnih i
gasnih kompanija.
Slika 6:Države partneri programa
Prema poslednjim objavljenim
podacima Environmental
Protection Agency za 2009. godinu
postojeći partneri Natural gas Star
International Programa samo u 2009.
godini izvestili su smanjenje emisije
metana za 13,1 BCF, što čini ukupno
78,7 BCF od prihvatanja programa,
što je ekvivalentno sagorevanju
5,3 miliona tona ugljen dioksida ili
sadnji 1,1 milion hektara borove
šume.
Slika 7:Dijagram smanjenja emisije
metana zemalja članica Star Programa
Republika Srbija takođe je pokazala
zainteresovanost za smanjenje
emisije metana i 20 jula 2010. god.
i sama pristupila Natural gas Star
International Programu.
4. Zaključak
Jasno je da je zbog ekoloških, pa
i ekonomskih razloga neophodno
kontrolisati emisije metana u
atmosferu. Povećanim naporima
u tom cilju može se postići znatan
[145]
energija
Slika 4 Nivo ugljen-dioksida: levo: jul 2003, desno: jul 2007. Credit: NASA/JPL.
Slika 4 Nivo ugljen-dioksida: levo: jul 2003, desno: jul 2007. Credit: NASA/JPL.
boljitak u stanju životne okoline,
ne samo zbog smanjenja procesa
globalnog zagrevanja, već i
zbog očuvanja određenog nivoa
(neobnovljivih) energenata.
6. Raspoloživi podaci JP Srbijagas
7. Prof. dr KolomejcevaJovanovic,Hemija i zaštita
životne sredine, Savez inženjera
i tehničara Srbije,Beograd 2010.
god.
5. Literatura
1. Wilcox, Bruce A. 1984. In situ
conservation of genetic resources:
determinants of minimum area
requirements. In National Parks,
Conservation and Development,
Proceedings of the World
Congress on National Parks,,
J.A. McNeely and K.R. Miller,
Smithsonian Institution Press;
2. Intergovernmeental Panel
on Climate change:Climate
change 2007. Synthesis report,
2008, http://www.ipcc.ch/pdf/
assessment-report/ar4/syr/ar4_syr.
pdf
3.http://www.epa.gov/climatechange/
indicators/pdfs/CI-greenhousegases.pdf
4. http://www.nasa.gov/
5. http://www.planete-energies.com/
content/oil-gas/companies/world/
future.html
[146]
energija
Milorad M. Kuraica, Bratislav M. Obradović,
Goran B. Sretenović
Fizički fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija
UDC: 621.43.06 8.004
Koja je bolja tehnologija za
odsumporavanje dimnog
gasa – ona koja proizvodi
gips ili veštačko đubrivo?
Poređenje dva postupka za
uklanjanje SO2 iz emisionog
gasa
U Srbiji se trenutno više od 60%
električne energije dobija iz uglja.
Korišćenje uglja u proizvodnji
električne energije dovodi do emisije
sumpor dioksida (SO2) i azotovih
oksida (NOx) u atmosferu. Ti gasovi
su glavni uzroci pojave kiselih kiša i
vazdušnog zagađenja. Za uklanjanje
SO2 iz velikih stacionarnih izvora
često se koristi klasični postupak
sa krečom/krečnjakom u kome se
kao krajnji proizvod dobija gips kalcijum sulfat (CaSO4). Osim ovog
postupka postoji i amonijum sulfat
mokri postupak za odsumporavanje
dimnog gasa (eng. skraćenica
AS WFGD) koji je veoma sličan
mokrom postupku krečnjak-gips.
Kao što se može videti na sl. 1,
ova dva tehnološka postupka imaju
identičan ključni element, apsorber
u vidu otvorene kule sa pratećim
pumpama za recirkulaciju i sistemom
mlaznica raspoređenih na nekoliko
nivoa koje služe za raspršivanje
reagensa u struju dimnog gasa. U
suštini, jedina razlika je u reagensima
koji se koristi. Naravno, zbog toga
se pojavljuje i razlika u konačnim
produktima procesa odsumporavanja.
Kod tehnologije krečnjak-gips, kao
reagens se koristi vodeni rastvor
krečnjaka, pri čemu u apsorpcionoj
kuli dolazi do hemijske reakcije
između SO2 iz dimnog gasa i CaCO3
iz kapljica vode po sledećoj shemi:
SO2+ H2O ↔ H2SO3
CaCO3+ H2SO3 → CaSO3+ CO2+ H2O
CaSO3+ ½O2 → CaSO4
Sažetak
U radu su upoređene dve tehnologije za uklanjanje SO2 iz emisionog gasa:
tehnologija sa upotrebom krečnjaka (krajnji proizvod je gips) i tehnologija
sa upotrebom amonijaka (krajnji proizvod je amonijum sulfat). Istaknuta je
prednost tehnologije sa amonijakom, jer ona ne povećava količinu ugljen
dioksida, nema problema sa odlaganjem krajnjeg proizvoda i ima daleko
manje otpadne vode. U drugom delu rada je prikazana hemijska analiza
uzoraka amonijum sulfata dobijenog u jednom industrijskom postrojenju u
SAD i u eksperimentalnom postrojenju na TENT-u. U oba uzorka je količina
teških metala ispod vrednosti dozvoljene za veštačko đubrivo. Na kraju je
data kratka tehno-ekonomska analiza opravdanosti upotrebe tehnologije sa
amonijakom u TENT-u.
Abstract
The paper compares two technologies for removing SO2 from emission gas:
technology which uses limestone (the end product is gypsum) and technology
which uses ammonia (the end product is ammonium sulfate). It is emphasized
the advantage of technology with ammonia, because it does not increase
emission of carbon dioxide, has no problem with the disposal of the final
product and has far less waste water. In the second part of the paper the
chemical analysis of samples of ammonium sulfate obtained in an industrial
plant in the U.S. and the experimental plant in TENT is presented. In both
samples the amount of heavy metals are below the permissible values for
fertilizer. Finally, the short techno-economic feasibility of use of technology
with ammonia in TENT is presented.
U stvari, dolazi do supstitucije
jednog molekula CO2 u krečnjaku
pomoću jednog molekula SO2 iz
dimnog gasa, tako da u kapljici vode
nastaje jedinjenje CaSO4 – gips, koje
pada u rezervoar na dnu apsorbera,
a u atmosferu odlazi CO2. Zbog toga
je u ovom tehnološkom procesu
odsumporavanja neizbežna dodatna
emisija CO2; za svaku uhvaćenu tonu
SO2 iz dimnog gasa u atmosferu se
emituje 0,7 tona CO2.
Kod AS WFGD tehnologije
kao reagens se koristi vodeni
rastvor amonijaka (NH3), koji se
u struju dimnog gasa ubacuje
[147]
pomoću identičnog sistema dizni.
SO2 iz dimnog gasa u kontaktu
sa kapljicama amonijačne vode
direktno gradi so, amonijum sulfat,
(NH4)2SO4, po sledećoj shemi
SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3
(NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4
koja zajedno sa kapljicama pada
u rezervoar na dnu apsorbera.
Zbog toga nema dodatne emisije
CO2 u atmosferu, kao konačan
proizvod se dobija amonijum sulfat
(jednokomponentno veštačko
energija
Slika 1 Poređenje amonijum sulfat i krečnjak-gips mokrog postupka za odsumporavanje dimnog gasa
đubrivo koje ima daleko veću tržišnu
vrednost od gipsa), a sve to samo
zahvaljujući drugačijem reagensu.
Kao što se sa slike 1. može videti
značajne razlike između ova dva
tehnološka procesa se pojavljuju
u fazi pripreme reagensa i sušenja
konačnog proizvoda. Pri tom je kod
tehnologije krečnjak gips postupak
pripreme reagensa, krečnog mleka
(sitnih čestica CaCO3 pomešanih
sa vodom), izuzetno komplikovan
i zahteva posebnu fabriku u
postrojenju za odsumporavanje. U
toj fabrici mora da se nalazi silos
za krečnjak, sistem za dodavanje,
mlin sa kuglama za mokro mlevenje
krečnjaka i prateća oprema, ciklon
za separaciju, rezervoar samlevene
frakcije sa mešačem, pumpe za
prepumpavanje u rezervoar krečnog
mleka, pumpe za raspršivanje
pomoću mlaznica. U ovom procesu
pripreme troši se velika količina
električne energije. (Npr. za
postrojenje od 305 MW koje za rad
koristi ugalj sa 5% sumpora potrebno
je oko 16 MW).
Kod AS WFGD tehnološkog procesa
kao reagens se koristi amonijak, a
sistem za pripremu i dozirenje je
neuporedivo jednostavniji. Sastoji
se samo od rezervoara za amonijak
i pumpe (ponekad se koristi i
isparivač), a električna energija se
troši samo za rad pumpe. (Treba
napomenuti da se u Srbiji amonijak
proizvodi u dovoljnoj količini za
potrebe odsumporavanja TENT-a, ali
bi se po potrebi mogao proizvoditi i
na licu mesta.)
Konačni produkti i jednog i drugog
postupka odsumporavanja, gips
i amonijum sulfat, se skupljaju
u rezervoaru na dnu apsorbera.
Nakon toga sledi postupak
ceđenja i uparavnja, pri čemu se u
tehnološkom postupku krečnjak-gips
posle ceđenja u bateriji hidrociklona
na izlazu iz postrojenja pojavnjuje
oko 6m3/h otpadne vode koja zahteva
dalji tretman pre ispuštanja. Nastali
gips se obično transportuje na
deponije.
Kod AS WFGD tehnološkog
procesa količina otpadne vode
je zanemariva, a posle ceđenja,
uparavanja, presovanja i granuliranja
nastali amonijum sulfat se pakuje
u vreće i transportuje za prodaju
kao jednokomponentno veštačko
đubrivo. Godišnja proizvodnja
ovakvog đubriva u referentnom
postrojenju Sinfuels Plant u Severnoj
Dakoti je oko 145 000 tona godišnje.
U tabeli 1 su uporedno prikazane
karakteristike dve tehnologije za
uklanjanje SO2 iz emisionog gasa.
Tehnologija zasnovana na AS WFGD
tehnološkom procesu je novija u
odnosu na tehnologiju krečnjakgips koja je počela široko da se
primenjuje od 70ih godina prošlog
Tabela 1 Poređenje dve tehnologije za odsumporavanje gasa
[148]
veka. Iako nova, tehnologija AS
WFGD je već demonstrirala svoju
pouzdanost u radu i efikasnost
(>98% ) na više postrojenja snage
veće od 100 MW. To su postrojenja:
350 MW Sinfuels Plant, Severna
Dakota, SAD, (1996. god.)
315MW UE-1 Expansion Plant,
Alberta, Kanada, (2006. god.)
4x100 MW SINOPEC Qilu
Thermal Plants 1 – 4, provincija
Šandong, Kina (2008. god.)
4x170MW Zaklady Azotowe
„Pulawy” S.A., Poljska (u fazi
izgradnje)
Treba napomenuti da nijedna od
navedenih tehnologija ne može
obezbediti istovremeno uklanjanje
SO2 i NOx iz emisionog gasa, pa
se za to koriste napredne metode
oksidacije u vidu niskotemperaturne
plazme [1].
Tokom rada na projektu
laboratorijskog ispitivanja
smanjenja emisije gasova SO2 i NOx
nastalih sagorevanjem kolubarskih
lignita u TENT-u korišćenjem
niskotemperaturne plazme, u toku
2007. godine, autorima ovog rada su
postavavljena dva zadatka:
• Pokazati da je moguće ukloniti
SO2 i NOx iz dimnog gasa
korišćenjem amonijaka i tako
i dobiti amonijumumove soli
(amonijum sulfat i amonijum
nitrat).
• Pokazati da dobijene soli sadrže
teške metale u količinama koje su
manje od zakonom propisanih za
veštačka đubriva.
Oba zadatka su uspešno izvršena
i predviđen je dalji nastavak rada
izgradnjom prototipnog postrojenja
sa protokom od 20 000 Nm3/h
- 100 puta većim od postojećeg
laboratorijskog. Na žalost, do
realizacije prototipnog postrojenja
nije došlo, jer je, između ostalog,
postavljeno pitanje: Gde je u Svetu
primenjena tehnologija za uklanjanje
SO2 korišćenjem amonijaka, na
postrojenjima snage veće od 100
MW?
Prvi deo ovog rada je odgovor na to
pitanje. Drugi deo rada je posvećen
poređenju dobijenih proizvoda
(smeše amonijum sulfata i čestica
pepela) nastalih uklanjanjem SO2
iz emisionih gasova u postrojenju
Sinfuels Plant iz Severnea Dakote i u
našem ekperimentalnom postrojenju
instaliranom na bloku A1 TENT-a.
energija
Opis eksperimentalnog
uređaja za uklanjanje SO2
iz dimog gasa
Za potrebe ekperimenta je bila
izgrađena laboratorija u TENT-u A
i postavljena u neposrednoj blizini
prvog dimnog kanala bloka 1,
snage 200 MW. Shema oglednog
postrojenja je prikazana na slici
2. Esperimentalno postrojenje je
projektovano za protoke dimnog gasa
do 200 Nm3/h. Deo dimnog gasa
iz dimnog kanala, posle prolaska
kroz elektro-filter, je sproveden
kroz eksperimentalni uređaj koji
se sastoji od izmenjivača toplote,
plazma reaktora zasnovanog na
dielektričnom barijernom pražnjenju
(eng. Dielectric Barrier Discharge –
DBD) i sekundarnog elektro filtra.
Deatljniji opis celog uređaja se
može naći u [2]. Plazma reaktor je
prvenstveno namenjen oksidaciji NO
u NO2, što se na temperaturama do
200oS jedino može efikasno ostvariti
korišćenjem niskotemperaturne
plazme. Oksidacija NO u NO2 je
neophodna, jer se NO ne može
Slika 2 Shematski prikaz eksperimentalnog postrojenja za uklanjanje SO2 i NOx
iz dimnog gasa
Tabela 2 Rezultati ocene kvaliteta ‘’veštačkog đubriva’’ dobijenog u dva postrojenja, uklanjanjem SO2 iz emisionih gasova.
ukloniti iz dimnog gasa, a da se
prethodno ne oksiduje u NO2.
Dobijeni NO2 reaguje sa amonijakom
i dobija se so amonijum nitrat, koja
se taloži u sekundarnom elektro
filteru. Korišćenjem plazma reaktora
omogućava izdvajanje NO iz dimnog
gasa. Za izdvajanje SO2 iz dimnog
gasa nije nephodno koristiti plazma
reaktor. Kao što je već rečeno, u
termalnoj reakciji SO2 reaguje sa
amonijakom (u prisustvu vlage i
kiseonika) stvarajući so amonijum
sulfat. Za razliku od predstavljenog
dobijanja amonijum sulfata u
mokrom taložniku, gde se koristi
amonijačna voda (rastvor amonijaka
u vodi), u postupku koji smo
primenili u našem ekperimentalnom
postrojenju koristili smo gas
amonijak i elektrostatički filter kao
suvi taložnik. Amonijak je uvođen u
dimni gas posle plazma reaktora kao
što se vidi na slici 2.
Za prikupljanje amonijumovih soli
je konstruisan i izgrađen sekundarni
elektrofilter postavljen tri metra posle
plazma reaktora i mesta uvođenja
amonijaka u dimni gas. Elektrofilter
je tipa žica-ploča, zapremine 0,7
m3 i sastoji se od devet čeličnih
ploča, dimenzija 700 x 1500 mm.
Rastojanje između ploča je 76 mm;
rastojanje od žice do ploče je 38 mm;
rastojanje između žica - 100 mm;
prečnik žice 0,8 mm i ukupna dužina
žice 67 m. Elektrofilter koristi pri
radu jednosmerni napon od 18 kV.
Karakterizacija izdvojenog
amonijum sulfata
Nakon što je SO2 uklonjen iz dimnog
gasa, konačni proizvod, aerosoli
amonijum sulfata, su prikupljeni
u obliku praha u sekundarnom
elektrostatičkom taložniku (eng.
ESP). Većina čestica je odrstranjena
iz dimnog gasa u glavnom ESP-u.
Čestice pepela malih dimenzija,
koje nisu nataložene u glavnom
ESP-u, zajedno sa česticama aerosola
amonijum sulfata, talože se u
sekundarnom ESP-u. Talog izdvojen
na elektrodama sekundarnog ESP-a
je u obliku praha. U malim česticama
letećeg pepela nastalih sagorevanjem
uglja koncentrišu se teški metali kao
arsen, kadmijum i olovo.
Navedene čestice se talože u
sekundarnom ESP-u zajedno sa
solima amonijum sulfata i zato
predstavljaju izvor teških metala u
dobijenom prahu. Imajući u vidu
toksičnost navedenih metala, od
posebne važnosti je bilo odrediti
njihovu koncentraciju u dobijenom
[149]
energija
Slika 3
Slike ‘’veštačkog đubriva’’ dobijenog u a) DGC Synfuels Plant- u i b) u TENT-u.
prahu. Njihovo postojanje u
prahu koji sadrži amonijum sulfat
u količinama koje su veće od
dozvoljenih za veštačko đubrivo bi
kompromitovalo predloženi metod
uklanjanja SO2. Dobijeni prah je dat
na analizu referentnoj laboratoriji
za ispitivanje sastava i kvaliteta
veštačkih đubriva i rezultati
dobijenog izveštaja su predstavljeni
u Tabeli 2. U istoj tabeli su prikazani
i dezultati izvešaja analize uzorka
‘’veštačkog đubriva’’ iz postrojenja
DGC Synfuels Plant iz Severne
Dakote. Nešto niži sadržaj azota
od 19,1% u prahu dobijenom u
TENT-u (za đubrivo je potrebno
20 –21% ) i niska pH vrednost od
2,74 (obično je 4 -5) zahtevaju malu
korekciju tehnološkog postupka
za dobijanje ovog tipa ‘’veštačkog
đubriva’’. Ova neznatna odstupanja
od standarda su razumljiva ako se
ima u vidu da je naš laboratorijski
eksperiment imao za cilj da bude tzv.
test koncepta, a ne konačno rešenje.
Izuzetno je važno što je dokazano da
je koncentracija teških metala znatno
ispod maksimalno dozvoljenih
količina za mineralna đubriva.
Sa druge strane izveštaj referentne
laboratorije potvrđuje da je veštačko
đubrivo dobijeno u DGC Synfuels
Plant-u ‘’prosto azotno neorgansko
đubrivo – amonijum sulfat’’. Na
slici 3 su predstavljeni uzorci
veštačkog đubriva dobijeni u DGC
Synfuels Plant- u i u TENT-u.
Može se primetiti da je u TENT-u
dobijen prah, dok je drugi uzorak u
obliku granula. I u DGC Synfuels
Plant-u se kao posledica uklanjanja
SO2 iz emisionog gasa postrojenja
za gasifikaciju uglja dobija prah
amonijum sulfata izmešan sa
česticama iz uglja (otuda siva boja
granula na slici), ali se za potrebe
tržišta veštačkog đubriva taj prah
granulira.
Opravdanost tehnologije
odsumporavanja
upotrebom amonijaka
Na kraju navedimo kratku tehnoekonomsku analizu procesa dobijanja
amonijum sulfata iz dimnog gasa
termoelektrane TENT, blokova A i
B. U tabeli 3 su navedeni podaci o
godišnjoj količini emitovanog SO2,
dobijenog amonijum sulfata, potrošlji
amonijaka i ukupnim cenama
upotrebljenog amonijaka, električne
energije i dobijenog veštačkog
đubriva. Analizirajući tabelu može
se zaključiti da je očekivana godišnja
dobit TENTA A i B koja će se
ostvariti prodajom veštačkog đubriva
~ 20 miliona evra. Da je ovo moguće
ostvariti govore podaci da je godišnja
proizvodnja amonijaka u Azotari u
Pančevu 300 000 tona, što znači da
ga ima dovoljno za potrebe TENT-a.
Minimalne godišnje potrebe Srbije
za azotnim đubrivima su 600 000
tona, a to znači da se može plasirati
samo na domaće tržište.
Tabela 3. Godišnja emisija
SO2 iz TENT-a A i B i količina
proizvedenog amonijum sulfata sa
odgovarajućim cenama.
Napomenimo da će primenom
tehnologije krečnjak - gips u TENT-u
biti godišnje proizvedeno oko 280
000 tona gipsa (anhidrovanog) i
emitovano pritom oko 90 000 tona
CO2.
Zaključak
U ovom radu su upoređene dve
tehnologije za uklanjanje SO2 iz
emisionog gasa: tehnologija sa
upotrebom krečnjaka (pri kojoj se
kao krajnji proizvod dobija gips) i
tehnologija sa upotrebom amonijaka
(krajnji proizvod je amonijum
sulfat – jednokomponentno azotno
đubrivo). Iako je tehnologija
krečnjak – gips najšire primenjena
[150]
u Svetu, smatramo
da je tehnologija
amonijak –
amonijum sulfat
bolje rešenje za
termoelektrane
u Srbiji. Tom
tehnologijom se
eliminiše problem
stvaranja deponija
gipsa, a dobija se
kvalitetno veštačko
đubrivo za koje
postoji tržište u
Srbiji.
Literatura
[1] H. H. Kim, Nonthermal Plasma
Processing for Air-Pollution
Control: A Historical Review,
Current Issues, and Future
Prospects, Plasma Process.
Polymer, 1 (2004) 91–110.
[2] B. M. Obradović,G. B.
Sretenović, M. M. Kuraica, A
dual-use of DBD plasma for
simultaneous NOx and SO2
removal from coal-combustion
flue gas, Journal of Hazardous
Materials, 185 (2011) 1280–1286
energija
Akademik AIIN prof. dr Rade Biočanin
Centar za strateška istraživanja nacionalne bezbednosti Beograd
ms Mirsada Badić
Departman za pravno-ekonomske nauke Državnog univerziteta u Novom
Pazaru
Alma Isović dipl. inž. inf.
Republički zavod za zdravstveno osiguranje, Filijala Kraljevo
UDC: 504.75.06.001 : 65.012.3
Ekspertsko ocenjivanje
projekata i programa razvoja
u sistemu eko-bezbednosti
Sažetak
Krajem XX veka, zabrinutost čovečanstva za očuvanje životne sredine uticala je na sve veću potražnju ekološki
podobnih proizvoda i usluga. Intenzivnim razvojem moderne tehnologije i medicine posljednjih nekoliko decenija
postignut je ogroman napredak u mogućnostima ranog otkrivanja- dijagnostike i lečenja brojnih opakih bolesti.
Zahvaljujući modernoj tehnologiji, danas je na poprilično jednostavan način (za pacijenta i lekara) moguće stvoriti
kompletan prikaz unutrašnjosti organizma i na temelju toga postaviti odgovarajuću dijagnozu. E-zdravstvo je
savremeni alat za veću produktivnost, istovremeno je i sutrašnji instrument za preformiranje sistema zdravstvene
zaštite i u isto vrijeme poštujući multi-kulturnu, multi-jezičnu i zdravstvenu zaštitnu tradiciju Evrope. E-zdravstvo
se odnosi na korišćenje moderne informaciono-komunikacione tehnologije u zadovoljavanju potreba građanja,
pacijenata, zdravstvenih radnika, zdravstvene industrije kao i kreatora politike u zdravstvu. U dosadašnjem razvoju
društva i naučno-tehnološkgm progresa, primena znanja na različita područja ljudske delatnosti dovela su do
revolucionarnih promena. Znanje, kreativnost i veština predstavljaju “trojstvo” jedne profesije. Ako struka nije
elementarno zasnovana na rezultatima nauke, ne uvažava potrebe njenog postojanja i potrebe primene rezultata
naučno-istraživačkog rada u praksi, ona će stagnirati i uvek biti struka prošlosti. Otuda svaka država pa i naša
treba da afirmiše naučnu misao i vrednuje je kao najviše nacionalno dobro, a naša zemlja za to poseduje kreativne
predispozicije, naučni potencijal, materijalnu bazu i ostale naučnostručne osnove. Upravljanje organizacionim
promenama u uslovima turbulentnog okruženja je jedan od najznačajnijih zadataka sa kojima se planeri danas
susreću. U središtu našeg interesovanja svakako se nalaze problemi odbrane i bezbednosti od NHB opasnosti u
okviru obezbeđenja od NHB udesa u miru, neposrednoj ratnoj opasnosti i u ratnim dejstvima. Široka mreža naučnoistraživačkih vojnih ustanova i laboratorija fizike, hemije i preventivne medicine nalazi se u funkciji ranog otkrivanja
bolesti od brojnih uzročnika i porekla. Većina naučnika i stručnjaka je prilično pesimistična u pogledu odbrane
od terorističkog dejstva nuklearnim terorizmom. Savremeno odlučivanje se odvija u uslovima kratkih vremenskih
termina, sa nedovoljno pouzdanim podacima. To su okolnosti visokog rizika, posebno u oblasti upravljanja
osiguranjem i u organizaciji sistema zaštite. Potrebno je pronaći načine za brže, lakše i kvalitetnije donošenje
poslovnih odluka u procesu planiranja, organizacije, sprovodjenja i kontrole osiguranja. Kao naučna podrška, u
tome ekspertsko ocenjivanje naučnih projekata i programa razvoja ima poseban značaj.
Ključne reči: životna sredina, marketinški zahtevi, društvo znanja, projekt, program razvoja, ekspertsko
ocenjivanje, ekspert, održivi razvoj.
EXPERT EVALUATION OF PROJECTS AND DEVELOPMENT PROGRAMES IN SYSTEMS OF ECOSECURITY
At the end of XX-th century, environmental concerns resulted in in creasing demand for ecologically sound products
and services. Knowledge, creativity and abilities represents basic parts of military profession. The intensive
development of modern technology and medicine in the last few decades, an enormous progress has been achieved
in the possibility of early detection-diagnosis and treatment of many deadly diseases. Thanks to modern technology,
today its quiet simple (for both patients and doctors) to create a detailed view of the human body and internal organs,
and on that basis of that, set the appropriate diagnosis. E-health is a modern tool for greater productivity, and at the
same time an instrument for tomorrow in reforming the system of health care, and also at the same time respecting
the multi-cultural, multi-language and also health and safety traditions of Europe. E-health refers to the use of
modern Information-communication technology in meeting the needs of citizens, patients, healthcare professionals,
the health industry and also the creator of politics in the health care system. If that is not elementary based on
science results, don’t respect her existence reqirements and science and researching work in practice, she will
stagnate and became a part of past time. Every country must assert science mind and value it like the highest national
value. Our country has creative predispositions, science potential, material base and other elements. There are four
[151]
energija
different conceptions in society development, starting from agriculture society, over industrial to informational and
knowledge society. In the center of our interests, there are definite problems with the defense and the security of
nuclear terrorism in the framework of security from NHB accidents in peace, immediate war danger and also war
activities. An extensive network of scientific military research institutions and laboratories for physics, chemistry
and preventative medicine are there to function as a center for early detection, cause and origin. Most scientists
and experts are quite pessimistic in terms of defense from terrorist activities and NHB terrorism. Management of
the organisation transformation under the turbulent surrounding conditions is one of the most important tasks of
the nowadays planners. Modern times decision making is characterised by short decision time, especially if we talk
about insurance bussnies, and organisation of the protection systems. We essentialy need discoverin faster, easier and
making bussnies decisions of high quality, during the planning, organisation, realisation and controling insurance
activities. As a scientific support, expertizing is of essential importance.
Key words: human environment, marketing claim, knowledge society, insurance, project, development program,
expertising, expert, asustainable development.
Uvod
Posledica brzih promena - nove
tehnologije u svetu i kod nas su
informatičke, komunikacione,
energetske, biotehnologije,
superprovodljivost , energetski
inženjering, bionika (stvaranje
delova ljudskog tela), novi materijali
i nanotehnologije (manipulacije
molekulima, atomima). Kao
ilustraciju novih tehnologija
navešćemo: ljudski gen, kvantne
računare, internet, digitalne
komunikacije, laserske uređaje,
kosmička istraživanja. Razvoju
novih tehnologija značajno su
doprinela nova saznanja, a posebno
teorija relativiteta (Albert Einstein),
kvantna teorija (Werner Heisenberg)
i integralna teorija (Stephen
Hawking). Promene su prisutne
u kulturi, komuniciranju, načinu
života, rešavanju konflikata u svetu.
Svedoci smo sveukupne gloalizacije
koja se odvija pred našim očima,
a treba uočiti da je karakteristika
vremena sadašnjeg “zgušnjavanje”
vremena i prostora, pri čemu je
Zemlja postala jedno malo selo.
Voda, vazduh i zemljište su sve
više zagađeni kod nas i u svetu.
Naravno, svaki razvoj civilizacije
ima i svoje prateće pojave, koje se u
ovom slučaju ogledaju u postojanju
limitirajućih faktora kao što su
povećanje broja stanovnika, problem
ishrane i pitke vode, ograničeni
resursi sirovina, problemi sa
energijom, zaštita životne sredine,
potrebe za novijim tehnologijama itd.
U procesu menadžmenta kvaliteta
zaštite životne sredine, dolazi do
takvih situacija kada se pojavljuju
dileme: Kako i kojim putem krenuti?
Postavlja se i fundamentalno
pitanje: Da li uopšte krenuti u
odvijanju nekog procesa koji zahteva
rizik?.
Upravljaču - nalogodavcu, očito, u
ovom trenutku, nedostaju kvalitetne
informacije, da bi doneo najbolju
ili najoptimalniju odluku. Što je
primenjena matematika, teorija
ulog veći (relevantnost sistema,
verovatnoće, statistika, kibernetika,
angažovana sredstva, kadrovi), to
višekriterijumsko odlučivanje,
je i dilema veća. Rizikovati ili ne?
višekriterijumska analiza, analiza
Da li će realizacija biti na nivou
rizika, odlučivanje, višeatributna
zacrtanog plana?
teorija i druga neophodna
naučnoistraživačka dostignuća.
To su zaista velike dileme
vezane, pre svega, za nivo rizika i
1. Globalni problemi
odlučivanja realizacije istraživačkog
opstanka
zadatka. Za donošenje relevantnih
odluka pri upravljanju i odlučivanju
Ekološki poremećaji mogu biti veći
razvijani su različiti metodi
ili manji (variraju u trajanju od
rešavanja, koji zavise od naučne
nekoliko meseci do nekoliko miliona
oblasti, podoblasti, grane, discipline, godina). Mogu biti biti uzrokovani
vrste objekta i sistema upravljanja.
prirodnim ili ljudskim faktorima.
Rešenja se traže kroz korišćenje
Takođe, mogu zahvatiti jednu vrstu
egzaktnih matematičkih i drugih
ili manji broj njih, a mogu pogoditi
metoda, koje su se u mnogim
i velik broj njih. Na kraju, ekološki
konkretnim situacijama pokazale kao poremećaj može biti lokalni (kao kod
nedovoljno efikasne. Sledile su razne izlivanja nafte) ili globalni (porast
simulacije, kompilacije i modeli.
nivoa mora povezan za globalnim
Razvijeni instrumentarij (u pojedinim zagrevanjem).
U skladu sa navedenim stepenima
fazama predstavlja različite sisteme,
ograničenosti, lokalni poremećaj
usmerene istom cilju, suskcesivno
može imati značajne ili manje
integrisani u efikasniju celinu kao
značajne posledice koje idu od
podsistem) vremenom se razvio
ugibanja većeg broja jedinki pa do
u nov složen i dinamički sistem.
potpunog
uništenja vrsta. Kakav
Vreme je pokazalo da takvi sistemi
god
bio
uzrok,
nestajanje jedne ili
nisu dovoljni bez uključivanja
više
živih
vrsta
redovno uzrokuje
čoveka-eksperta kao osnovne
poremećaj
u
lancu
ishrane sa
spone ili integrišućeg faktora kao
dalekosežnim
posledicama
na
podsistema sistema ekspertskog
opstanak
ostalih
vrsta.
Naravno,
ocenjivanja naučnih projekata
mora se napomenuti da je nestanak
i programa razvoja. Ekspert sa
određenih vrsta (kao što su
znanjem i neophodan kvantum
naučnistraživačkih
Slika 1 Glavni eko-problemi u održivom razvoju
dostignuća postali su
“siva mozgovina” za
potrebe savremenog
društva.
Sistem ekspertskog
ocenjivanja razvio se,
pre svega, iz oblasti
veštačke inteligencije,
ali je tokom vremena
integrisao u svoje okvire
sva neophodna naučna
dostignuća.Te oblasti su:
operaciona istraživanja,
prognoziranje,
informatika,
[152]
energija
dinosauri) doveo do oslobađanja
određenog staništa omogućivši
pojavu i diversifikaciju sisara. Ovde
je ekološki poremećaj, paradoksalno,
pospešio beodiversifikaciju.
Promene, koje su se desile u
tehničko-tehnološkoj sferi u tom
periodu su takve da iziskuju
fundamentalno nov – koncepcijski u
osnovi izmenjen pristup – u mnogim
domenima i oblastima života i rada
čoveka, pa i u domenu zaštite životne
sredine. Istraživanja, čiji je zadatak
da se poboljšaju radi i životni uslovi
čoveka i iznađe optimalniji oblik
održivog razvoja, čak i pomoću
savremenih sistema (ekspertni
sistemi) ili metodama (genetski
algoritam) u sadašnjem vremenu
postala su besmislena i za odgovorne
i ozbiljne istraživače i naučne
poslenike nedopustiva, jer tehnike i
tehnologije razvijene na zabludama
iz početka XX veka i principi njihove
gradnje, kao i daljeg razvoja istih,
vode ovu civilizaciju u katstrofu koja
se završava prestankom života na
planeti Zemlji.
Tragika utopističkih shvatanja
pojma kvaliteta života i postojećih
strategija obezbeđivanja mogu se
sagledati analizom dosadašnjeg
tehničko-tehnološkog razvoja
i kroz razvoj globalnih problema
opstanka. Dosadašnji tehničkotehnološki razvoj bazirao se na
zabludama da su prirodni resursi
gradivnih i energetskih materijala
neiscrpni i da čovekova ostvarenja
ne mogu ugroziti planetu Zemlju kao
jedinstven ekološki sistem u kome
pulsira život, na parcelizovanim,
odn. segmentiranim naukama
i na čisto tehničko-ekonomskim
kriterijumima vrednovanja svega
ostvarenog od strane čoveka, tj. da
parametar profita fp bude što veći od
jedinice, i da parametar ostvarenja
željenih i definisanih performansi
ft što približniji jedinici. Pri tome
parametar profita se izračunava po
formuli:
a parametar ostvarenja željenih i
definisanih performansi po formuli:
Fd – dobijena finansijska sredstva
Fu – uložena finansijska sredstva
foi – ostvarena i-ta performansa i
fzi – zamišljena i definisana i-ta
performansa.
Posledice ovakvog razvoja su
iscrpljivanje prirodnih resursa
vratolomnom brzinom, tako da
već sredinom ovog veka oko 7080 % poznatih će nestati i sve
progresivnije zagađivanje prirodnog
ambijenta Zemlje.
Istorijski posmatrano, večita borba
čoveka sa prirodom može se podeliti
u dva perioda:
- prvi period (niski civilizacijski
nivo), u kome se čovek borio za
svoj opstanak i
- drugi period (razvijena i visoka
civilizacija), u kome su sve
delatnosti usmerene na stvaranje
povoljnih uslova življenja.
U prvom periodu (niski civilizacijski
nivo) globalni problemi opstanka su
bili:
KK – kosmičke kataklizme (večite
pretnje odraza promena kretanja
materije i energije u Sunčevom
sistemu i Galaksiji)
PK – planetarne stihijske nepogode i
katastrofe (potresi, erupcije vulkana,
poplave,)
GL – glad (izazvana nestašicom
hrane u širim područjima)
RT – uništavanje čoveka od strane
čoveka (pretnja međusobnog
uništenja ljudi kao posledica
ratovanja)
EP – teže bolesti ( epidemije i
–pandemije)
ŽS – uništavanje čoveka (od strane
životinjskog sveta, insekata i ptica i
elementarnih nepogoda)
U drugom periodu (visoki
civilizacijski nivo) započelo je
intenzivno osvajanje prirode
i eksploatacija materijalnih i
energetskih resursa. Zbog toga,
što je čovek stvorio moćna oruđa,
oružja, mašine i razne naprave,
stvoreni su novi dodatni globalni
problemi:
EK – ekološki problemi koji su
se pojavili kao posledica dejstva
stvorenih tehnologija na prirodu,
MA – problem materijala, jer se
spoznaje nepovoljan odnos između
prekomerne potrošnje i ograničenih
izvora neobnovljivih materijala,
EN – energetski problem zbog
geometrijskog porasta utroška
energije i ograničenih rezervi
energetskih materijala,
DE – demografski problem zbog
nekontrolisanog i sve bržeg porasta
broja ljudi na zemlji
MO – moralna degradacija koja
zahvata vrlo široko i masovno
prostranstvo.
2. Odlučivanje u
konfliktnim situacijama
U procesu planiranja i upravljanja
sistemima dolazi do takvih situacija
kada se pojavljuju dileme: kako
i kojim putem krenuti? Postavlja
se i fundamentalno pitanje: da li
uopšte krenuti u odvijanju nekog
procesa koji zahteva rizik ? Pitanje
i odgovore treba potražiti na ovom
naučno-stručnom skupu, gde se
raspravlja o stanju i tendenciji
razvoja proizvodnog mašinstvanovih tehnologija i upravljanja
proizvodnim sistemima. Upravljaču nalogodavcu, očito, u ovom trenutku,
nedostaju kvalitetne informacije, da
bi doneo najbolju ili najoptimalniju
odluku. Što je ulog veći (relevantnost
sistema, angažovana sredstva,
kadrovi), to je i dilema veća.
Rizikovati ili ne? Da li će realizacija
biti na nivou zacrtanog plana?
Za donošenje relevantnih odluka pri
upravljanju i odlučivanju razvijani su
različiti metodi rešavanja, koji zavise
od naučne oblasti, podoblasti, grane,
discipline, vrste objekta i sistema
upravljanja.
Proces odlučivanja po metodologiji
O3, podeljen na tri
faze sa odgovarajućim
Slika 2 Globalni problemi opstanka u periodima
aktivnostima. Jedan
civilizacije
od prvih koraka pri
odlučivanju jeste
formalizacija samog
problema odlučivanja.
Savremeni pristup ovom
zadatku, formalizuje
odlučivanje petorkom
(A, S, ϕ, X, ≥), pri čemu
je:
A- skup alternativa, od
kojih se bira jedna.
S- skup mogućih
(neizvesnih) stanja
okoline I njihov opis.
[153]
energija
primenjeno na sredstva
za pojačavanje fizičke
snage čoveka);
- II koncepcija razvoja
društva – industrijsko
društvo (znanje
primenjeno na
proizvodne procese i
proizvode);
- III koncepcija razvoja
društva – informatičko
društvo (znanje
primenjeno na znanje,
odn. na sredstva za
umnožavanje snage
ljudskog uma) i
ϕ - preslikavanje odluke u ishod.
- IV koncepcija razvoja društva –
društvo znanja (znanje u funkciji
X- ishod odluke ili plaćanje.
kreativnosti).
≥- relacija preferentnosti koja
Fazni razvoj društva sagledan prema
implicitno uključuje funkciju
konkretnim podacima u vremenskoj
korisnosti DO
dimenziji prostora, zadnjih 300
Faza odlučivanja u metodologiji
godina, sada teži novom talasu
O3 predstavlja proces donošenja
odluke i obuhvata sledeće aktivnosti: “društvo znanja”. Automatizacija
obrade informacija i razvoj računara
analizu zadatka i definiciju ciljeva,
u
zadnjih pola veka dovodi do
analizu rizika, razradu strategija,
smanjenja trenda porasta zaposlenih
razradu modela i simulacija
ponašanja i donošenje odluke i njeno u obradi informacija. Tako se kao
prenošenje na potčinjene. U ovoj fazi početak tzv. društva znanja ili
optimalno donosenje odluka zahteva naučnog društva označava početak
III milenijuma. Osnov društva znanja
primenu operacionih istraživanja i
ekspertskog ocenjivanja, čije metode će biti razvoj tehnologija na bazi
obnovljivih izvora energije i način
treba klasifikovati.
na koji će čovek pravilnije iskoristiti
znanje – bogatstvo koje je najvažnije
3. Evolucija tehnološkog
i najrasprostranjenije. U tom društvu
progresa
čovek će moći više nego ikad do
Promene u dinamici znanja
sada da se ponovo vrati sebi, da se
tokom vremena dovode do sve
bavi naukom, sportom, ekologijom,
bržih promena i razvoja različitih
kulturom, ali i sopstvenim duhovnim
koncepcija naučno-tehnološkog
uzdizanjem.
progresa. U dosadašnjem razvoju
Društvo znanja predvideli je Arthur
društva (naučno-tehničkim progres),
Harkins sa Minnesota univerziteta
primena znanja na različita područja
iz Mineapolisa (SAD) još krajem
ljudske delatnosti dovela su do
1980-ih i početkom 1990-ih
revolucionarnih promena, tako da se
godina, predviđajući da će zameniti
razlikuju četiri koncepcije u razvoju
informatičko
društvo. Tokom
društva:
1990-ih
godina
mnogi autori iz
- I koncepcija razvoja društva –
razvijenih
i
zemalja
u razvoju (Allee,
poljoprivredno društvo (znanje
Amidon, Mansell i When, Geuna,
Drǎgǎnescu, Dašić,
Slika 4 Konvergencija naučnih grana u nano skalu
Ječmenica i Nedić,
Biocanin, Vasović,
Popović), pokušali su
da definišu društvo
znanja, njegove ciljeve
i trendove razvoja u
različitim oblastima.
Prema ovim
predviđanjima 2015.
godine biće osam
milijardi stanovnika.
Glavni pravac ljudskih
civilizacija išao je
od Mesopotanije na
Slika 3 Odlučivanje u uslovima ratnog haosa
[154]
obale Sredozemnog mora, pa u
Grčku i Rim, a zatim u Aziju. Zatim
je nastupio jedan hiljadugodišnji
zastoj do pojave prve industrijske
revolucije u Evropi. Zatim se težište
industrijske revolucije seli u SAD,
koja postaje vodeća industrijska
zemlja. A takođe i ono što se sada
dešava započelo je u SAD. Ovaj talas
je delimično ponovo stigao u Aziju,
tačnije u Japan, jednoj od vodećih
informatičkih zemalja, koja najbrže
implementira informatičke inovacije
u proizvodnji.
4. Sistem ocenjivanja u
naučnim oblastima
Sistem ekspertskog ocenjivanja
projekata i programa razvoja
(SEOPP) predstavlja koegzistentnu
celinu koja počiva na naučnoj
osnovi, deo je te osnove i u
međusobnoj su zavisnosti. To
je multidisciplinarna naučnoistraživačka oblast koja se oslanja
na mnoge naučne oblasti, grane i
discipline koje se nalaze u uskoj
povezanosti i interakciji. On počiva
na savremenim dostignućima
nauke i tehnike, velikim delom na
praktičnom iskustvu, gde dolazi
do izražaja primena savremenih
naučnih dostignuća.
Sistem ocenjivanja bazira
na teorijskim i primenjenim
dostignućima više naučnih oblasti,
grana i disciplina, praktičnim
iskustvima, komunikacijama, sa
savremenom jakom hardverskom i
softverskom podrškom, korisničkim
interfejsima, razvijenom bazom
podataka i aplikativnim metodama,
kadrovima za razvoj i upravljanje
sistemima. U jedinstven sistem su
integrisani kvantum primenjenih
naučnih i tehničkih dostignuća,
ekspertski sistem, informacioni
sistem, objekti ocenjivanja i čovekekspert (u specifičnoj i višeznačnoj
ulozi - kao upravljač sistema).
Pri ovom ne treba zaboraviti da
su i podsistemi veoma složeni i
po karakteru dinamički i svaki za
sebe predstavlja celoviti sistem.
Sve naučnoistraživačke ustanove
i instituti podležu ekspertskom
ocenjivanju tj. ocenjuje se njihova
osposobljenost u realizaciji
programskih zadataka. Instituti
su podeljeni u dve kategorije:
nacionalni istraživački centri i tzv.
instituti sa «plave liste». Nacionalni
centri su udruženi u asocijacije i
podležu ocenjivanju po potrebi i
po posebnoj metodologiji. Ostali
instituti mogu se udruživati sa
energija
univerzitetima ili fakultetima, ali
nisu njihov sastavni deo.
Najrazvijenije zemlje sveta SEOPP
intenzivno razvijaju, usavršavaju
i koriste. To se može jednostavno
objasniti. U eri energetskih kriza,
recesija, nezaposlenost i rasa inflacije
uzdrmaju i najrazvijenije zemalje
sveta. Onda se to reflektuje u funkciji
vremena i na ostale razvijene zemlje
i to ide dalje po sistemu „pada
domina”. Zbog toga se rigorozno
i kritički preispituju svi relevantni
projekti i programi razvoja, izvori
finansiranja, pravilan izbor ciljeva,
identifikacija aktivnosti koje treba
podržati ili odbaciti, informacije
o rizicima u pojedinim fazama
realizacije programskog zadatka, od
posebnog značaja i važnosti.
Danas, za ekspertsko ocenjivanje
koriste se moćni računarski
sistemi sa razvijenim inteligentnim
programima, koji ne baziraju
na raspoznavanju, prikazivanju
i zaključivanju već na naučnim
znanjima. Specifični programi,
specijalne namene i sa visokim
nivoom inteligencije imaju funkciju
eksperta u određenoj oblasti. Ovi
programi nazivaju se ekspertski
sistemi i predstavljaju osnov
savremenih informatičkih tehnologija
i osnovno oruđe za uspešno
izvođenje ekspertskog ocenjivanja
koje u razvijenim zemljama sveta
eksponencijalno raste. Razvoj ovog
sistema je proces koji zahteva znanje,
vreme i metodološku proceduru za
razvoj i upravljanje.
Metodološki postupak za razvoj i
upravljanje ekspertskim sistemima
ima višea faza ali najvažnije su:
idejna postavka, preliminarna
analiza, dizajn, analiza i kontrola,
razvoj prototipa, razvoj sistema,
testiranje, implementacija,
usavršavanje i održavanje sistema.
Ekspertski sistem ne može zameniti
eksperta, u pravom smislu te reči, jer
inteligentne programe za ocenjivanje
osmišljava ekspert. Ekspert „hrani”
računarski sistem svojim znanjima
a ne obratno. On može da daje
objašnjenja iz ocenjivanja programa
i projekata i da to prilagođava
nivoima znanja različitih korisnika
ili naručioca, a sistem to ne ume,
jer svoja objašnjenja zaključaka
daje na sposobnosti da povezuje
lanac zaključivanja sa osnovnim
principima u znanjima.
ES (Expert System - ekspertni
sistem) je softverski sistem koji
omogućuje stručno rešavanje
problema u datom polju ili
primenjenoj oblasti izvođenjem
zaključaka iz baze znanja, razvijene
veštinom nekog stručnjaka eksperta, u određenoj usko stručnoj
oblasti. Oni uspostavljaju unutar
računara deo veštine nekog
eksperta - stručnjaka, u određenoj
usko stručnoj oblasti, koja bazira
na znanju. Znanje eksperta je u
takvom obliku da računar može da
ponudi, ne samo rešenje problema
već i, objašnjenje kako se došlo do
rešenja i/ili inteligentan savet i/ili
da preduzme inteligentnu odluku o
funkciji koja je u postupku.
Baze podataka ekspertnog sistema
se ocenjuju analizom koncepta,
kojim se vrši unošenje znanja
eksperata u računarski algoritam tj.
predstavljanjem znanja eksperata u
obliku programa (ili programskih
paketa) za rad. Time ovaj sistem
postaje vrhunsko profesionalno
sredstvo za rad. Znanje u ekspertnom
sistemu se sastoji iz: činjenica,
mišljenja i heuristike. Opšta
struktura ekspertnog sistema
novije generacije, kao softverskog
proizvoda, sadrži šest elemenata i
to: bazu znanja, radnu memoriju,
mehanizam za zaključivanje, modul
za učenje, komunikacioni interfejs
i ulazno/izlazni modul.Baza znanja
(knowledge based) sadrži, na
određen način predstavljena, znanja
eksperata o samoj oblasti primene.
Znanje eksperata je smešteno u
bazi podataka (zbirka činjenica
i odnosa među njima) kojoj je
pridodat skup algoritama ili pravila
koji omogućavaju rukovanje bazom
podataka radi dobijanja novih
činjenica i odnosa koji nisu u njoj
eksplicitno pothranjeni.
osnovu nekih iskustava iz evropskih
zemalja, u ovoj oblasti se dešavaju
veliki promašaji, pre svega, zbog
mistifikacije ovih poslova i tajnosti
sklapanja ugovora, koji to u suštinii
nisu.
Primena ekspertskog ocenjivanja
na relevantne naučno-razvojne
i naučno-istraživačke projekte i
programe razvoja odnosi se na sve
delove, bez obzira na naučnu oblast,
granu ili disciplinu. Ovi programi i
projekti su multidisciplinarni i kao
takvi zahtevaju odgovarajuće profile
eksperata i primenu odgovarajućih
kriterijuma i metodologije rada.
Osnovne oblasti primene ekspertskog
ocenjivanja su privredni razvoj
zemlje, istem odbrane i bezbednosti,
istraživanje i razvoj mašinogradnje
i tehnologije, rukovođenje i
komandovanje, komandnoinformacioni sistemi, logistička
podrška, medicinske nauke,
ekonomija, zaštita životne sredine,
obuka i školstvo, ocena kvaliteta
proizvoda, društveno-političke
nauke, prirodno-matematičke nauke
i sl.
Ekspertsko ocenjivanje ima
svoje puno opravdanje jer je cilj
pružanje relevantnih informacija
najvišem rukovodstvu za kvalitetnije
donošenje odluka po pitanju
istraživačko-razvojnih zadataka, koji
su od posebnog interesa za privredu,
odbranu i prosperitet jedne zemlje.
Ne postoje programi, projekti i
zadaci koji se ne mogu podvrgnuti
ekspertskom ocenjivanju, a postavlja
se samo pitanje celishodnosti i
opravdanosti takvog pristupa.
Primenom naučnih kriterijuma
utvrđuje se na koje programe i
projekte je opravdano primeniti
ekspertsko ocenjivanje, ukoliko ne
postoji drugojačiji zahtev najvišeg
nivoa odlučivanja.
Primeni stavova kriterijuma prethodi
utvrđivanje nivoa značajnosti i
5. Objekti koji se
podvrgavaju ekspertizi
Osnovni objekti koji se podvrgavaju
ekspertskom ocenjivanju su razvojni
i naučnoistraživački projekti
i programi razvoja državnog,
vojnog, republičkog ili
regionalnog značaja.
Slika 5 Prikaz interakcije privrede i životne sredine
saveznih i republičkih
institucija kao i
programi i projekti iz
privrede. Kupoprodaja
objekata i sredstava od
državnog ili vitalnog
značaja, kooperacije u
razvojnim programima
sa domaćim i inostranim
partnerima i sa
velikim ulaganjima,
moraju se podvrgavati
ekspertskom
ocenjivanju. Na
[155]
energija
troškova, a ispod određene ocene
za dati nivo nije opravdano ići
u ekspertizu. Donete konačne
ekspertske ocene su nepromenljive.
Niko po naređenju, sugestiji ili
autoritetom ne može menjati zaključne
ekspertske ocene. Svaka izmena
konačnih ocena je ništavan čin, a lice
koje je to učinilo ili bilo podstrekač
takvog čina podležu odgovornosti u
skladu sa zakonom. Ekspertska ocena,
bila ona pozitivna ili negativna,
sama po sebi je pozitivan čin, jer
je od velike koristi pri donošenju
konačne odluke. U slučaju kada
program ili projekat dobiju pozitivnu
konačnu ocenu, a neka od oblasti ili
podoblasti dobije negativnu ocenu,
onda je obavezujuće da nosilac zadatka
razmotri detaljno oblast (podoblast)
koja je dobila negativnu ocenu, izvrši
analizu, razmotri primedbe, sugestije,
predloge i da u skladu sa tim izvrši
određene korekcije.
6. Kriterijumi za izbor
eksperata
Ekspert je visokoškolovana osoba, sa
visokim stepenom znanja, veštine i
iskustva u naučnoj oblasti a sistem je
skup uzajamno delujućih, povezanih
i međusobno zavisnih elemenata,
koji čine celinu. Ova dva termina
(ekspert + sistem) obuhvataju i
objašnjavaju prirodu ekspertskog
sistema. Ekspert je naučnoistraživački radnik ili stručnjak
- specijalista, sa visokim stepenom
znanja, veštine i iskustva u naučnoj
oblasti, u kojoj je već učestvovao
u ekspertskom ocenjivanju
projekata ili programa razvoja.
Visok stepen znanja i iskustava
su neophodni, jer imaju osnovni
zadatak u iznalaženju objektivne
i materijalne istine u realizaciji
zadataka. Ekspert je profesionalno
opredeljen za probleme
privrednog, društvenog, vojnog,
naučnog, tehničko-tehnološkog,
ekonomskog, socijalnog, ekološkog,
političkog, sportskog i kulturnog
razvoja, od značaja za privredu,
uredjenost,odbranu i bezbednost
jedne zemlje. Pored široke
informisanosti i ukupnog fonda
znanja iz određene naučne oblasti,
stvaralaštva i delatnosti, ekspert
treba da poseduje i specijalistička
znanja iz konkretnog područja, koja
ga kao renomiranog specijalistu
(dokazan i potvrđen), nedvosmisleno
kvalifikuju da može učestvovati u
procesu ispitivanja, vrednovanja,
arbitraže- pri ekspertskom
ocenjivanju projekata i programa
razvoja. Za eksperta može biti
u saglasnosti sa rukovodiocem
izabrano lice sa visokim stepenom
ekspertskog tima.
znanja, iskustva ili veštine u
U toku pripreme i izvođenja
naučnoj oblasti, u kojoj je dostigao
ekspertskog ocenjivanja može doći
visoki rejting, kroz priznate
do naknadne popune ekspertskog
rezultate naučno-istraživačkog
tima novim članovima (privremena
rada i koji ispunjava opšte i
sprečenost, bolest, složeni i novi
posebne kriterijume za izbor. Opšti
momenti u dekompoziciji i dr.).
kriterijumi za izbor u kandidate za
Popuna se vrši na isti način kao i
eksperte: visoka stručna sprema,
izbor članova ekspertskog tima, ali
verifikovan naučni doprinos, od
posebnog značaja za nauku, da ima
po skraćenom postupku i proceduri.
naučno zvanje (istraživač-saradnik,
U ekspertski tim za ocenjivanje
naučni saradnik, viši naučni saradnik, konkretnog projekta ili programa
naučni savetnik), da ima naučni
mogu biti izabrani eksperti koji
stepen (specijalista, magistar, doktor
pored opštih i posebnih kriterijuma,
nauka), da ima nastavno-naučno
treba da zadovolje potrebne uslove.
Rukovodilac ekspertskog tima
zvanje (docent, vanr.rofesor, red.
određuje svog zamenika iz redova
profesor), ranije uspešno učešće u
ekspertskim timovima za ocenjivanje eksperata, a za svaku grupa eksperata
(3-5 eksperta) određuje se vođa,
relevantnih projekata i programa
zadužen za organizaciju rada grupe i
razvoja, da ima visok koeficijent
koordinaciju po pojedinim oblastima.
naučne kompetentnosti. Posebni
Ekspert ne može biti izabran u
kriterijumi za izbor u kandidate za
ekspertski tim za konkretni projekat
eksperte su: da je uspešno obavljao
ili program, ako je iz organizacije
dužnosti (rukovodeće, komandne,
naručioca, predlagača, realizatora
nastavničke, načelničke), da
zadatka, ili da ima bilo kakvih
ima priznate rezultate iz oblasti
veza ili interesa sa objektom
naučnoistraživačkog rada, naučni
ocenjivanja . Po ovom pitanju ne
doprinos, dostignuća i rezultati u
može biti naređenja «odozgo» ili
naučnim i istraživačko-razvojnimim
zahteva «sa strane». Pravilan i
zadacima, na temelju meritorne
stručan izbor eksperata je osnovni
valorizacije, gde je nedvosmisleno
preduslov validne i objektivne
dokazano da se radi o eminentnom
naučniku ili stručnjaku – specijalisti, ekspertske ocene, koja je krajnja
svrha ekspertskog ocenjivanja i koja
širina naučnog horizonta i područja
uspostavlja odgovarajuću ravnotežu
aktivnosti, odnosno visok stepen
između struke i specijalnosti u
poznavanja šireg korpusa znanja iz
naučnim oblastima.
odgovarajuće naučne oblasti, da je
Ekspertsko ocenjivanje najvećim
kompetentan za oblast ocenjivanja,
delom se primenjuje na
da je kreativan, intuitivan,
istraživačko-razvojne programe, a u
nepristrasan i motivisan, potvrđeno
manjoj meri na naučnoistraživačke
poštovanje naučne objektivnosti
projekte. Za potrebe civilnih
i etike, da je u Registru naučnoinstitucija, ova situacija
istraživačkog kadra.
može biti obrnuta, tj. u korist
Specijalizovane (namenske)
naučnoistraživačkih projekata.
naučnoistraživačke i razvojne
U
tom slučaju, predloge razmatra
institucije i ustanove mogu biti
i predlaže Nadležno resorno
kolektivni ekspertski tim, za
ministarstvo, a daje odobrenje
relevantne projekte i programe
najviši nivo odlučivanja. Kriterijumi
razvoja iz pojedinih naučnih
oblasti. Kandidate za
Slika 6 Model ekspertskog ocenjivanja
kolektivni ekspertski
tim predlaže naučnonastavna ustanova,
posle analize projekta ili
programa, odobrenih za
ekspertsko ocenjivanje.
Broj eksperata u
ekspertskom timu
ili grupi, koja vrši
ocenjivanje, zavisi od
vrste, obima, složenosti,
aktuelnosti, rokova,
materijalno-finansijskih
ostalih uslova, a
predlaže ga Odsek
za naučnu delatnost
[156]
energija
ekspertskog ocenjivanja predstavljaju
utvrđene i merno poznate vrednosti
za vrednovanje rešenja programskog
zadatka i oni odražavaju vrstu
istraživačkog rada i oblast naučnog
delovanja. Kriterijumi mogu izlaziti i
izvan prvobitno postavljenih ciljeva i
obuhvatiti opcije realizacije različitih
ciljeva..Prilikom ocene projekta,
ekspertski tim najčešće daje brojne
i/ili opisne ocene o projektu, koje
su optimalne sa stanovišta datog
zahtevom. Ovi principi su zasnovani
na naučnim metodama i „nove
tehnologije” u procesu izrade i/
ili ocene. Metode i tehnike koje se
koriste u ekspertskom ocenjivanju
projekata su: HIPO, pristup sa
vrha na dole i tabele odlučivanja.
Za uspešnu ocenu i korišćenje
navedenih metoda i tehnika u
ocenjivanju neophodan je timski rad.
HIPO metoda (Hierarchy Input
Process Output - hijerarhija-ulazobrada-izlaz), pre svega se odnosi
na hijerarhijsku izradu projekta i
pojedinih njegovih faza ili modula
i njihove veze, njihove parametre
i funkcije izlaza projekta. HIPO
metoda najviše se bavi fazom ocene
projekta, dok su ostale faze vezane
za druge metode.
Razvoj i ocena projekta tehnikom
sa vrha na dole (top-donjn
development) bazira se na razbijanju
projekta na faze i/ili module, čija
organizacija i hijerarhija odgovaraju
strukturi tipa stabla, pri čemu se
zahteva izrada, testiranje i ocena
faza i/ili modula od više ka nižoj
hijerarhiji.
Tabele odlučivanja su jedan
od najedakvatnijih načina
ocene projekta. Formira se
dvodimenzionalna matrica u kojoj
se upisuju faze projekta ili aktivnosti
i efekti ili ciljevi projekta, a u
preseku tih polja upisuju se brojčane
vrednosti pojedinačnih ocena. Zbir
svih pojedinačnih ocena daje ukupnu
brojnu vrednost projekta ili ocenu
projekta. Na ovaj način može se
realizovati ocena projekta, ocena
istraživača u projektu, ocena efekata
projekta, ocena pojedinih faza
projekta itd. Ukupna brojna vrednost
ocene projekta u tabeli odlučivanja,
izračunava se po obrascu:
dok se brojna vrednost ocene
projekta, u tabeli odlučivanja,
izračunava po obrascu:
zainteresovanost, praktično iskustvo
i načelan pristanak. Po dobijanju
predloga, imenuje se rukovodioc
tima za ekspertsko ocenjivanje.
Indikatori naučne kompetentnosti su
utvrđene vrednosti za objavljivanje
naučnih i stručnih radova, na
osnovu čijih iznosa se biraju
članovi ekspertskog tima. Njih
definišu ostvareni rezultati u
naučnoistraživačkom radu (objavljeni
naučni i stručni radovi, učešće
na naučno-stručnim skupovima,
predavanja po pozivu, naučni
izveštaji, monografije, studije,
inovacije, učešće u realizaciji nekog
projekta ili programa razvoja, učešće
u ekspertskom ocenjivanju, izrada
naučno-informativne dokumentacije,
prevodi naučnih inostranih radova i
ostali rezultati od posebnog naučnog
značaja).
U eksperttski tim se uključuju i
tehnički, pravni, ekonomski i drugi
saradnici, po zamisli rukovodioca
ekspertskog tima, potrebni u procesu
pripreme, izrade, pravne i stručne
verifikacije projekata i programa
razvoja.
Pod naučnostručnim časopisima i
skupovima međunarodnog karaktera
i nacionalnog značaja podrazumevaju
se oni za koje je nadležn resorno
ministarstvo, visokoškolska ili naučna
ustanova, istraživačko -razvojna
jedinica, institut u zemlji ili u
inostranstvu. Radove objavljeni u
časopisima i zbornicima moraju da
recenziraju i odobre za objavljivanje
naučnostručnih redakcijski
(uređivački) odbori. Vrednost (»K«)
izračunava se na osnovu sledećih
vrednosti - pokazatelja (recenzirani,
valorizovani i objavljeni rezultati)
koje je kandidat ostvario poslednjih
10 godina).Vrednost koeficijenta
(»K«) izračunava se po obrascu:
gde je:
Ouv – ukupna brojna vrednost ocene
projekta
Osred – brojna vrednost ocene
projekta
Aij – brojne vrednosti pojedinačnih
ocena u tabeli odlučivanja (od 1
do 5, ili od 5 do 10)
n, m – dimenzije tabele.
Timski rad je organizovana raspodela
posla na više ljudi, pri čemu broj
ljudi u timu uglavnom, zavisi od
obima posla, a najveši efekti se
postižu timom do desetak osoba.
On objedinjuje sve napred navedene
metode i zahteve za njegov uspešan
rad, uvedene standarde u procesu
izrade i ocene projekta.U fazi ocene
projekta ocena projekta ne može
biti apsolutno tačna, rezultat ma
koje ocene je samo približno tačan.
Bilo kojom ocenom neizbežno
nastaje veća ili manja greška kao
razlika ocenom dobijenog podatka
i njegove tačne vrednosti, odnosno
prave vrednosti projekta. Greške su
neminovne, zato što i ljudi i mašine
imaju odredjenu tačnost. Uzroci
pojave grešaka pri oceni projekta
su raznoliki: subjektivne greške
eksperata, psihičko i fizičko stanje
eksperata, nedovoljno poznavanje
faktora koji utiču na izlaz iz projekta,
greške i nedostaci uredjaja za
računanje.
Na osnovu opštih i posebnih
kriterijuma, kao i naučno-nastavne
kompetentnosti, vrši se izbor
eksperata za ocenjivanje projekata
ili programa razvoja. U procesu
izbora eksperata, uzimaju se u obzir
samo naučni i tehnološki rezultati
i iskustva eksperata, relevantni za
davanje pojedinačne ili grupne ocene
konkretnog projekta
ili programa razvoja.
Slika 7 Menadžment u sistemu kvaliteta odbrane
Na osnovu indikatora
naučne kompetentnosti
(pregled podataka o
ekspertu) nadležno
resorno ministarstvo ili
institucija (Odsek za
ekspertsko ocenjivanje)
vrši predlaganje
rukovodioca ekspertskog
tima. U tome ima u vidu
njegovo poznavanje
konkretne naučne oblasti
- grane - discipline,
ličnu sposobnost,
naučnu i stručnu
[157]
energija
gde je:
ni - broj - oznaka grupe
publikovanih radova
ki - broj poena po jednom
publikovanom radu
Σ - zbir svih objavljenih radova.
Vrednovanje internih naučnostručnih radova (elaborati, izveštaji,
standardi, tehničke preporuke,
uputstava, propisi) u ministarstvu je
osnova za sticanje naučnih, nastavnih
i istraživačkih zvanja, određivanje
naučne kompetentnosti za potrebe
ekspertskog ocenjivanja. Određivanje
koeficijenta kompetentnosti
koautorima rada ( S n ) se izračunava
prema doprinosu na izvršenju
zadatka, tako da rukovodilac radnog
tima (grupe) ima rang r1, njegov
zamenik rang r2 i tako dalje, do
poslednjeg učesnika na zadatku, koji
treba da ima rang rn (n= 1, 2, ...).Kada
se saberu sve recipročne vrednosti
rangova ri ; i = 1, 2, ..., n, dobija se
Za učesnike u izradi projekta, studije,
elaborata, izveštaja ili standarda
uračunavaju se svi autori i davaoci
saglasnosti i overavači, osim onih
koji su vršili tehničku obradu.
Imena lica koja se pojavljuju više
od jedanput na „Autorskom listu”
ili „Listi radnog tima” uračunavaju
se samo jedanput i to na povoljnijoj
poziciji za koju se dobija bolji rang.
Koeficijent naučne kompetentnosti
za elaborat, izveštaj ili standard,
izračunava se prema obrascu za
izračunavanje koeficijenta naučne
kompetentnosti, a verifikuje
naučno-nastavno ili naučno veće,
Odbor za naučnu delatnost ili
nadležna komisija organizacijskih
jedinica. Oni preispituju i kontrolišu
određivanje koeficijenta i potvrđuje
tačnost vrednosti jednom godišnje.
Ocenjeni naučno-stručni radovi, sa
imenima autora (učesnika), vrednošću
koeficijenta kompetentnosti,
oznakama dokumenata na kojima je
stečen koeficijent i datumom izdanja
dokumenta, vode se u Registru
NIK-a. Ovaj kriterijum treba koristiti
u vođenju kadra u ministarstvu,
određivanju formacijskih dužnosti,
sticanju naučnog zvanjа (istraživačsaradnik, naučni saradnik, viši naučni
saradnik, naučni savetnik), sticanju
nastavno-naučnoг zvanjа (docent,
van. prof., red. prof). Koeficijent
(»K«) određuju pojedinci, katedre,
komisije i odbori organizacijskih
jedinica ministarstva, a verifikuju
naučno-nastavna veća vojnonaučnih
i istraživačkih ustanova, istraživačko
razvojnih jedinica i visokih vojnih
škola. Na osnovu pokazatelja u
Registru naučnoistraživačkog
kadra i Registru eksperata, u
okviru realizacije godišnjeg plana
naučne delatnosti, Odsek za naučnu
delatnost vrši kontrolu, daje sugestije
i predlaže mere za otklanjanje
nedostataka i unapređenje rada.
Podaci o NIK-u (ekspertima)
ažuriraju se i prate neprekidno, a
koeficijent (»K«) određuje se na
kraju kalendarske godine. Rezultati
rada se prate u okviru jedinstvenog
AIS-a u ministarstvu, koji se vodi u
nadležnoj Upravi za planiranje.
Zaključak
Misija socijal-ekonomske i
ekološke paradigme podrazumeva
uspostavljanje sklada između
ljudskog bića i prirode kroz radikalnu
izmenu vladajućeg sistema vrednosti
i preblikovonje antropocenrične
svesti i etike u ekocentrične forme i
sadržaje. Naučno-tehnološki progres
počinje kad i razvoj materijalne
kulture ljudi.
Osposobljavanje rukovodioca za
ispravno i pravovremeno reagovanje
u donošenju značajnih
upravljačkih
odluka
Slika 8 Faktori rizika i eko-bezbednosti
stvar je znanja,
iskustva i treninga. Ako
naučna elita, koja stvara
podloge za kreiranje
i planiranje razvoja
naše civilizacije u
najskorijem vremenu
ne bude ozbiljno i
odgovorno shvatila
opasnosti koje se
apokaliptično nadnose
nad ovim svetom i
ako ne bude energično
upozorila realizatore
razvoja, tada će se vrlo
[158]
brzo civilizacija naći pred svojim
nestankom.
Naučnoistraživački kadar - eksperti
za metodološka, organizaciona,
finansijska i druga pitanja
funkcionisanja i razvoja naučne
delatnosti primaju na sebe odgovorne
zadatke. Oni svojim znanjem i
iskustvom treba da obezbede
naučno-stručnu i objektivnu bazu
za najviši nivo odlučivanja, o
korišćenju i usmeravanju potencijala
privrednom razvoju zemlje,
materijalnom bogatstvu, socijalnoj i
zdravstvenoj egzistenciji, ekološkoj i
obrazovnoj kulturnoj i sl.
Naučno-stručni doprinos i rezultati
u primeni naučnih i tehnoloških
dostignuća u SEOPP ocenjuju
se na osnovu indikatora naučne
kompetentnosti i pokazatelja
sposobnosti primene rezultata i
metoda i na temelju kvalitetnog
suda o doprinosu pojedinca
razvoju nauke i rešavanju praktičnih
problema. Sva druga organizaciona
pitanja kao i uputstva, smernice,
kriterijume i metodologiju za
efikasan rad SEOPP donosi se u
zahtevanom roku, kroz zvaničnu
proceduru na usvajanje i stupanje na
snagu.
Neophodno je temeljno i
sveobuhvatno razumevanje i
definisanje nove uloge svih
učesnika i aktera u kreiranju politike
i strategije svih istraživačkorazvojnih procesa, pre svega, u sferi
proizvodnih tehnologija. potrebno je
temeljno i sveobuhvatno, izraženo
kritički i pojmovno preispitivanje
koncepta i filozofije razvoja, koji će
realno osvetliti ulogu nauke i pravce
daljneg istraživanja i očuvanja
radne i životne sredine. Ovaj
pristup u nauci podleže stalnom
usavršavanju i dogradnji, na osnovu
dostignuća u naučnim oblastima,
granama i disciplinama, na kojima se
zasniva sistem i realizuje ocenjivanje
projekata i programa razvoja.
Ova problematika ima primenu u
privrednom razvoju zemlje, a kao
»živa materija« podleže kritici, a
na ovom naučno-stručnom skupu
ima mesta za to.
Literatura
1. Biočanin R. Ekspertsko
ocenjivanje u funkciji odlučivanja,
Vojni informator, br. 1, NIC
“VOJSKA”, Beograd, 2004 .
energija
2. Biočanin R. Ekspertsko
ocenjivanje naučnih projekata
i programa razvoja, XXX
Jubilarno savetovanje
proizvodnog masinstva SCG sa
medjunarodnim ucescem, 01-03.
septembar 2005. Vrnjacka Banja.
3. Biočanin R., Suša B. Razvijanje
komunikacione kompetentnosti u
sistemu visokog vojnog školstva ,
Naučna Konferencija “Tehničkotehnološko obrazovanje u Srbiji”,
13-16. april 2006. Čačak.
4. Kundačina M., Biočanin
R. Ekološko obrazovanje i
vaspitanje kao stra tegijski
doprinos zaštiti i unapređenju
životne sredine, IX Kongres
preventivne medicine Jugoslavije
sa međunarodnim učešćem,
4-7.10. 2000. D.Milanovac.
5. Dašić, P. Razvoj međunarodnih i
nacionalnih standarda za sistem
kvaliteta. časopis Kvalitet,
Beograd, 2005.
6. Mučibabić .S. Odlučivanje u
konfliktnim situacijama, GŠ
VSCG, Beograd, 2003.
7. Vujošević M. Operativni
menadzment, DOPIS, Beograd,
1997.
8. Drǎgǎnesc M. Broadband
Internet and the knowledge
society. Studies in Informatics
and Control Journal, 2002.
9. Boguski, T. K., Hunt, R. G.,
Cholakis, J. M., Franklin, W. E.
(LCA Methodology). In Curran,
M.A., Ed., Environmental Life
Cycle Assessment, McGraw-Hill
Companies, New York, 1996.
10. Drǎgǎnescu, M.: Broadband
Internet and the knowledge
society. Studies in Informatics
and Control Journal, 2002.
11. Frank, D.: “The ‘concept’ of
communication. Journal of
Communication, 1970.
12. Biočanin R., Amidžić B. Zaštita
radne i životne sredine - Crne
prognoze, Vojni informator br.
4-5, “VOJSKA”, Beograd, 2004.
13. Kundačina M.,Biočanin
R. Metodološki pristup u
istraživanju ekološke svesti,
XXVIII SIMOPIS, 2-.5. oktobar
2001. Beograd.
14. Đukić P. Pavlovski M.
’’Ekologija i društvo’’,
Ekocentar, Beograd 1999.
15. Redclift M.Benton T.’’Sociology
and the Environment:Discordant
Discourse?’’in Social Theory and
the Global Environment, London,
1994.
16. Biočanin R. Naučna podrška
upravljanju, Vojni informator br.
1-2, NIC “VOJSKA”, Beograd,
2004.
17. Biočanin R., Rakić G., Dašić P.
U lavirintu rizicnog drustva i put
ka znjanju, uz pracenje trendova
u sistemu kvaliteta izvrsnosti,
X Savetovanje SQM 2006. sa
medjunarodnim učešćem, 12-14.
septembar 2006.Miločer, Crna
Gora.
18. Biočanin R., Vasović V.
Unapređenje komunikacione
kompetentnosti u visokim vojnim
školama, IMK-14 Istraživanje i
razvoj, br. 1-2/2006. Kruševac.
19. Dašić P., Biočanin R.,
Radovanović M. U lavirintu
rizičnog društva i put ka znanju,
Časopis za Jugoistočnu Evropu
“SVET RADA”, br. 4/2006,
Eko-centar Beograd.
20. Amidžić B., Biočanin R., Rakić
G. Environment pollution-risk
and protection in defence system,
IMK-14Istraživanje i razvoj,
2007.
[159]
energija
Branko Leković, Vesna Karović Maričić, Dušan Danilović
University of Belgrade, Faculty of Mining and Geology, Belgrade, Serbia
UDC: 662.756.2:(504.75:504.3.054)
Korišćenje alternativnih
goriva u cilju smanjenja
emisije CO2
1. Uvod
Globalna potrošnja primarne
energije iznosila je 8,38 biliona tona
ekvivalentne nafte u 1996 a udeo
fosilnih goriva je 7,54 biliona tona
sa tendencijom porasta. Korišćenje
energije fosilnih goriva je proizvelo
23,8 milijardi tona ugljen-dioksida
1996. u čemu su nafta i gas
učestvivali sa oko 60%. Pretpostavlja
se da nastavljanje upotrebe fosilne
energije vodi ka povećanju prosečne
globalne temperature za 1,0-3,5°C u
narednih 50-100 godina.
U poređenju sa globalnom
temperaturom budući trend
koncentracije CO2 u atmosferi je
izvestan. Sagorevanje fosilnih goriva
neće opasti narednih 20 god. a veći
su izgledi da će neznatno porasti.
Podaci prikupljeni do 2009. god.
(387 ppm) pokazuju da koncentracija
CO2 nastavlja prosečni godišnji
porast od 2 ppm (slika 1). To znači
da će atmosfera sadržavati najmanje
390 ppm 2010. i 410 ppm do 2020.
Protokol iz Kjota (1997), kao
dodatak Konvenciji o klimatskim
promenama, usvojenoj na II
Konferenciji UN o životnoj sredini
i razvoju - Rio De Žaneiro (1992),
prvi je zakonski obavezujući
međunarodni ugovor o zaštiti okoline
koji je stupio na snagu 15. februara
2005.
Sporazum predviđa da razvijene
zemlje smanje emisiju gasova efekta
staklene bašte (prosečno 5,2%) do
obavezujućeg perioda 2008-2012.
a prema 1990. god. kao osnovnom
nivou.
Implementacija strategije redukcije
emisije CO2 je dovela i do Direktive
2003/30/EC koju su Evropski
Parlament i Savet usvojili 8. maja
Sažetak
Fosilna goriva koja su osnovni izvor energije u sektoru transporta
istovremeno predstavljaju i najveći izvor emisije CO2.
Zamena postojećih konvencionalnih mineralnih goriva sa alternativnim
pogonskim gorivima iz obnovljivih izvora omogućiće smanjenje potrošnje
ukupne energije i efikasniju redukciju štetnog uticaja na životnu okolinu.
Smanjenje emisije štetnih polutanata i CO2 iz motora sa unutrašnjim
sagorevanjem biće u središtu pažnje u narednom periodu jer su Evropski
parlament i Savet usvojili program da se u periodu do 2020. godine 20%
konvencionalnog goriva (dizel) postepeno supstituira sa alternativnim
gorivima (biodizel, vodonik, metanol itd).
Ključne reči: alternativna goriva, emisija CO2, fosilna goriva, globalno
zagrevanje.
ALTERNATIVE FUELS USE FOR REDUCTION CARBON DIOXIDE
EMISSION
Main energy source in transport sector are fossil fuels but in same time they
are responsible for most of CO2 emission.
Substitution of conventional fossil fuels with alternative fuels from renewable
sources will make reduction in energy consumption and environmental
poluttion.
Reduction in toxic poluttant emissions and carbon dioxide from transport
will be on focus in next period, because of European Parliament and Council
implement program for period to 2020 of substitution 20% conventional
mineral fuels (diesel) with alternative fuels (biodiesel, hidrogen, methanol
etc).
Key words: alternative fuels, CO2 -emission, fossil fuels, global warming.
2003. godine. Cilj je da se promoviše
upotreba alternativnih goriva u
saobraćaju tako što bi se do 2020.
godine 20% konvencionalnih goriva
zamenilo alternativnim gorivima.
Emisija CO2 raste brže u nekim
delovima sveta nego u drugim
(slika 2).
2. Transport kao izvor
emisije CO2
Emisija CO2 koja potiče od
transporta raste brzo u članicama
[160]
Organizacije za ekonomsku saradnju
i razvoj (Organisation for Economic
Cooperation and Development OECD). Mada je sektor transporta
već »odgovoran« za trećinu ukupne
emisije iz sagorevanja fosilnih
goriva, do sada je manje pažnje
posvećeno smanjenju emisije u ovom
nego u drugim sektorima.
Evropska Ekonomska Komisija
(EEC) u okviru nadležnosti pojedinih
direktorata razmatra strateški pristup
i stvaranje dugoročne politike u
energija
Slika 1 Globalna koncentracija CO2 u atmosferi tokom vremena
Tabela 1 Ciljevi EU u korišćenju
alternativnih goriva
oblasti saobraćaja radi efikasnijeg
smanjivanja štetnog uticaja na
životnu sredinu i za smanjenje
emisije CO2 iz transporta kroz opcije
koje se mogu grupisati u četiri glavne
oblasti:
- Bolje upravljanje saobraćajem i
poboljšani javni prevoz.
- Integrisani pristup i planiranje
transporta.
- Poticaji za poboljšanje efikasnosti
vozila.
- Alternativna goriva.
2.1 Trendovi emisije CO2
Međunarodna agencija za energiju
(International Energy Agency - IEA)
u svom predviđanju koje se proteže
do 2012 (slika 3) daje projekciju za
emisiju CO2 od sagorevanja fosilnih
goriva, što je period u kojem treba da
se ispuni cilj iz Kjota.
Ovaj scenario pretpostavlja
postepeno povećanje cena nafte.
Cilj smanjenja emisije – prema
protokolu iz Kjota je označen na
grafiku. Projekcija za emisiju koja
potiče od transporta je teško spojiva
sa ciljevima i transport je grana gde
treba planirati i preduzeti određene
mere za smanjenje emisije CO2.
Transport je odgovoran za 27%
ukupne emisije iz sagorevanja
fosilnih goriva u 1990. i 1998 je cifra
je već oko 30% OECD emisije. Ako
se nastavi sa ovakvom emisijom
CO2 od transporta do 2012. on će
biti odgovoran za oko 40% ukupne
emisije. Teško je zamisliti da OECD
zemlje postignu bilo koji od ciljeva
dogovoren u Kjotu bez redukcije
ugljen-dioksida koji se stvara u
transportu.
Slika 2 Globalna emisiji CO2 po regionima, 1990–2005
Prvo, transport je dispergovani
izvor emisije, koji čini mnogo težim
donošenje mera i kvantifikovanje
uticaja nego, npr. u energetskom
sektoru. Šta više, finansijski
najefikasnije mere za smanjenje
CO2 emisije nalaze se u drugim
sektorima, posebno u energetici
i industriji, tako je pažnja prvo
posvećena tim oblastima.
Međutim, transport se ubrzo
pojavljuje kao ključni sektor uzročnik klimatskih promena.
Strukturne promene u zemljama EU
vode velikom intenzitetu stvaranja
CO2 usled automobilskog i teretnog
saobraćaja (najintenzivnijeg izvora
ugljenika). To je povećalo njihov
udeo u uslovljenoj podeli, za razliku
od industrije, gde je intenzivnost
energetskog sektora u opadanju.
Putnički saobraćaj automobilima
(meren u putnik-kilometrima) je više
nego udvostručen u periodu posle
1970. godine.
Prevoz robe putevima (meren u tonakilometrima) je utrostručen u periodu
posle 1970. godine. Deregulacija je
povećala konkurentnost drumskog
teretnog saobraćaja jer je bila brža u
ovom (i vazdušnom) sektoru nego u
železničkom i vodenom.
Najbrži rast je ostvario međunarodni
teretni saobraćaj sa porastom od 5 do
6% godišnje.
3 Alternativna goriva
Po američkim klasifikacijama
svi nenaftni energenti pa i gorive
ćelije spadaju u grupu alternativnih
goriva. U tu grupu mogu se svrstati:
metanol, etanol, prirodni gas,
biodizel, sintetska goriva, elektricitet
i vodonik koji mogu smanjiti emisiju
izduvnih gasova, onih sa efektom
staklene bašte i toksičnih polutanata.
Nažalost, u različitom stepenu
prelaz na jedno ili više od ovih
goriva može smanjiti domet vozila
i povećati ukupnu cenu sistema
transporta posebno tokom tranzicije
kada je neophodna modifikacija
infrastrukture.
3.1 Biodizel
Dr Rudolf Dizel je 1895. razvio
»dizel« motor sa intencijom da
za pogon koristi različita goriva
uključujući i biljno ulje. U stvari
kada je Dizel prikazao svoju mašinu
na Svetskoj izložbi u Parizu 1900.
koristio je ulje kikirikija kao gorivo.
Međutim, od tada, dizel motor
je modifikovan da koristi gorivo
dobijeno iz nafte zato što je to bilo
najjeftinije dostupno gorivo.
[161]
energija
Slika 3 Emisija CO2 zemalja članica OECD
Dizel motori su i danas sposobni
da koriste »biodizel« gorivo koje
može biti proizvedeno od različitih
sirovina - obnovljivih izvora,
uključujući soju, suncokret, uljanu
repicu, palmino ulje, pamukovo
seme i masnoće životinjskog porekla.
Biodizel je moguće koristiti u
njegovom čistom obliku, poznatom
kao B100. Pored toga, on je
dostupan u različitim mešavinama
sa petrodizelom a najčešća je B20
(20 procenata biodizel i 80 procenata
petrodizel). Takođe se koristi u
manjem procentu kao aditiv gorivu
sa ulogom podmazivanja.
Proizvodnja biodizela u Evropskoj
Uniji je počela 1992. a najveći
proizvođači su Nemačka, Francuska
i Italija.
Ukupna proizvodnja zemalja
Evropske Unije je 2002. iznosila
1065000 tona biodizela a 2003. već
je dvostruko veća 2048000 t.
Biodizel je jedino alternativno
gorivo upotrebljivo u svakom
konvencionalnom dizel motoru bez
ili sa neznatnom modifikacijom
motora ili sistema za gorivo.
Većina glavnih prozvođača dizel
motora potvrđuje da upotreba B20
u njihovoj opremi neće ugroziti
garanciju.
Prednost koje pruža mešavina
biodizela (B20) i čisti biodizel
(B100) u odnosu na konvencionalni
dizel je:
- Smanjenje emisije ugljenmonoksida od 10 % (B20) i 50 %
(B100).
- Smanjenje emisije čestica za 15 %
(B20) i 70 % (B100).
- Smanjenje ugljovodonika u
ukupnoj emisiji od 10 % (B20) i
40% (B100).
- Smanjenje emisije sulfata od 20%
(B20) i 100% (B100).
- Povećanje emisije azotovih oksida
2% (B20) 9% (B100).
- Nema promene emisije metana
korišćenjem bilo B20 ili B100.
Biodizel ima viši cetanski broj od
konvencionalnog dizela što povećava
performanse motora. On takođe
povećava mazivost i može produžiti
vek teškim motorima.
Biodizel je biorazgradljiv što znači
da se razlaže brzo posle izlivanja.
On ima visoku temperaturu paljenja
i nisku isparljivost što povećava
granicu sigurnosti pri rukovanju
gorivom. U stvari on se raspada
četiri puta brže od petrodizela i
nije posebno rastvorljiv u vodi. On
nije otrovan što ga čini sigurnim za
rukovanje, transport i skladištenje.
Biodizel se ponaša kao rastvarač
nekih premaza koji služe kao zaštita
sistema za gorivo i rezervoara. Osim
toga rastvara taloge nakupljene na
zidovima rezervoara i vodovima
(nastale korišćenjem prethodnog
dizel goriva) što može izazvati
začepljenje filtera za gorivo.
Pored toga biodizel omekšava
i deluje negativno na zaptivke,
plastične materijale i komponente od
prirodne gume, ubrzavajući njihovo
starenje što može imati uticaj na
delove kao što su creva za gorivo
i zaptivači pumpe za gorivo. Ovo
je manje izraženo sa mešavinama
biodizela nego sa B100. Proizvođači
preporučuju zamenu ovih delova
sa odgovarajući elastomerima a
neka nova vozila imaju biodizelkompatibilne delove.
3.2 Etanol
Vozila koja koriste etanol kao gorivo
poznata su od 1880. kada je Henri
[162]
Ford konstruisao automobil koji
koristi isključivo etanol. Kasnije je i
popularni model T konstruisan tako
da može koristiti etanol ili benzin.
Četiri generacije kasnije mešavina
etanola i benzina čini više od 10%
ukupne prodaje benzina u SAD.
Etanol se proizvodi fermentacijom
šećera iz biljaka. Može se dobiti iz
kukuruza, krompira, drveta, papirnog
otpada, pšenice, otpada iz pivara,
i mnogih drugih poljoprivrednih
proizvoda i otpada hrane. Bilo šta što
sadrži šećer, skrob, ili celulozu može
se fermentisati i destilovati u etanol.
Više od 90% proizvodnje etanola u
SAD potiče iz kukuruza.
Čist etanol se retko koristi u
transportu; obično se meša sa
benzinom. Najpopularnija je
mešavina za laka vozila poznata
kao E85, što je 85% etanola i 15%
benzina. Teški kamioni obično
koriste E95 (etanol pomešan sa 5%
bezolovnog benzina) i E93 (etanol
pomešan sa 5% metanola i 2%
kerozina). Godinama je etanol je
korišćen kao 10 procentna mešavina
sa benzinom zvana »gasohol« ili E10
u cilju smanjenja emisije ugljenmonoksida tokom zimskog perioda.
Pored ove primene, etanol se često
meša sa benzinom kao oksigenator
u cilju postizanje propisa o čistom
gorivu.
Korišćenje etanola E10 je pokriveno
garancijom svakog proizvođača
automobila u SAD. Američki
prozvođači takođe proizvode
različite automobile, lake kamione,
kombije poznate kao vozila na više
goriva (Flexible Fuel VehiclesFFV). Ova vozila mogu koristiti bilo
koju kombinaciju etanola i benzina
automatskom detekcijom procenta
alkohola u rezervoaru za gorivo
i podešavanjem parametara rada
motora prema tome.
Upotreba etanola ima određene
prednosti, jer ima višu oktansku
vrednost od benzina što smanjuje
»kliktanje« motora i može rezultirati
u višoj energetskoj efikasnosti. Pored
toga, metanol ima neke osobine
deterdženta koje smanjuju stvaranje
naslaga, što omogućava miran rad
motora i čist sistem za ubrizgavanje
uz bolje performanse.
Sa druge strane, vozila koja koriste
etanol imaju oko 75-90 procenata
dometa u poređenju sa benzinskim
vozilima i treba im češće dolivanje
goriva. Neki proizvođači automobila
ugrađuju veće rezervoare za gorivo
u E85 vozila da bi sprečili ovu
nepogodnost. Etanol je isparljivije
energija
gorivo od benzina, sa niskom
isparljivošću zimi i visokom
isparljivošću leti.
Pored toga, etanol se ne meša dobro
sa dizel gorivom. Vozači sa dizel
vozilima koji žele da koriste etanol
treba potpuno da zamene dizel
gorivo sa čistim etanolom ili da
koriste poseban injekcioni metod.
Karakteristika emisije koju pruža
etanol (E85) u poređenju sa
konvencionalnim benzinom je:
- Manje ukupnih toksičnih materija.
- Smanjenje isparljivih organskih
komponenti koje stvaraju ozon za
15 %.
- Smanjenje ugljen-monoksida za
40 %.
- Smanjenje emisije čestica od 20 %.
- Smanjenje emisije oksida azota za
10 %.
- Smanjenje emisije sulfata za 80 %.
- Niža reaktivnost emisije
ugljovodonika.
- Viša emisija etanola i
acetalaldehida.
Etanol se ne smatra toksičnim
zagađivačem u iznosima koji se
mogu udisati kada se koristi kao
motorno gorivo. Manje je zapaljiv od
benzina, stoga je pojava požara ređa
i manje opasna pri nastanku izlivanja
ili oslobađanju para. Skladištenje,
transport i punjenje je sigurnije od
benzina. Izlivanja na kopnu i vodi su
obično bezopasna zato što je etanol
biorazgradljiv i rastvorljiv u vodi.
FFV vozila su posebno konstruisana
za nešto korozivnije osobine etanola.
Potrošači koji žele da prilagode
postojeća vozila za mešavinu benzina
sa etanolom iznad E10 mogu da
modifikuju motore i sistem za gorivo.
3.3 Metanol
Već više od 30 godina metanol
je gorivo koje se koristi na trci
500 milja Indijanapolisa. Danas
i vozači kola koji ne učestvuju
na trkama mogu imati koristi od
visokih performansi ovog goriva.
Većina vozila na metanol koriste
M85, mešavinu 85% metanola i
15% bezolovnog benzina. Metanol
je takođe dostupan kao M100 (čist
metanol), obično zamena za dizel.
Većina vozila koja koriste metanol
za pogon su fleksibilna u smislu da
mogu koristiti 100 procenata benzina
ako metanol nije dostupan.
Metanol je hemijski najjednostavniji
alkohol, koji sadrži jedan atom
ugljenika po molekulu. Uobičajeno
poznat kao »alkohol iz drveta« on
je otrovan, bezbojan, bez ukusa,
tečnost sa veoma slabim mirisom.
Sa metanolom se postupa kao sa
benzinom i tako se skladišti. Veći deo
metanola se proizvodi iz prirodnog
gasa ali takođe se može proizvoditi
iz širokog raspona obnovljivih izvora
kao što je drvo ili otpadni papir.
Metanol takođe pruža važne
prednosti emisije u poređenju sa
benzinom – on može smanjiti emisiju
ugljovodonika za 30-40 procenata
sa M85 i do 80 procenata sa M100
gorivima.
Metanol i mešavina metanola imaju
višu oktansku vrednost od benzina
što smanjuje »kliktanje« motora i
može dati višu efikasnost motora.
Viša oktanska vrednost takođe daje
vozilima na metanol više snage i
bolje ubrzanje. Vozila koja koriste
M100 teže startuju pri hladnom
vremenu, ali to nije problem za
vozila sa M85 zbog prisustva
benzina. Međutim, zbog korozivne
prirode metanola potreban je poseban
sistem za gorivo.
Potrebne su određene sigurnosne
mere jer metanol gori skoro
nevidljivim plamenom čineći
otkrivanje plamena teškim. Metanol
je manje zapaljiv od benzina i
rezultuje slabijom vatrom ukoliko
dođe do paljenja.
U slučaju izlivanja metanol je
biorazgradljiv i razlaže se brzo u
velikoj količini vode. Pored toga
toksični uticaj na okolinu posle
izlivanja metanola je kraći po
trajanju od onih izazvanih izlivanjem
nafte.
Karakteristike emisije metanola
prema konvencionalnom benzinu:
- Potencijalno niža emisija oksida
azota.
- Ne stvara emisiju čestica pri
sagorevanju.
- Niži ukupni isparljivi organski
sastav emisije.
- Potencijalno viša direktna emisija
formaldehida.
- Manje stvaranje indirektnih
formaldehida zbog niže reaktivnosti
emitovanih ugljovodonika.
3.4 Prepravljeni benzin
(Reformulated Gasoline)
Prepravljeni benzin (RFG) je
benzin sa dodacima u cilju čistijeg
sagorevanja i smanjenja stvaranja
smoga i toksičnih polutanata u
vazduhu koji udišemo.
Jedan od načina smanjenja
zagađenja vazduha od automobila i
[163]
kamiona je upotreba benzina koji je
koncipiran da čistije sagoreva. Ovaj
benzin, nazvan prepravljeni benzin
(Reformulated Gasoline – RFG) je u
SAD u upotrebi od 1995; koristi se
u 17 država i u Distriktu Kolumbija
(DC). Oko 30% benzina koji se
prodaje u SAD je prepravljeno.
Svaka naftna kompanija koristi
svoju formulu koja mora odgovarati
federalnom standardu o smanjenju
emisije.
Primena prepravljenog benzina
podrazumeva smanjenje zagađenja
vazduha koje izaziva smog, a
takođe smanjuje emisiju toksičnih
zagađivača vazduha kao što je
benzen, poznati karcinogeni
ugljovodonik.
Zamena konvencionalnog benzina
sa prepravljenim benzinom koji
je oksigenisan (pomešan sa
kiseonikom), rezultuje u smanjenju
ekonomičnosti goriva za jedan do tri
procenta.
Prepravljeni benzin sadrži kiseonik
– dva procenta težinski. MTBE
(methyl tertiary butyl ether) i etanol
su dve najčešće korišćene supstance
koje dodaju kiseonik benzinu.
Naftne kompanije odlučuju koju
će supstancu koristiti da postignu
zakonske odredbe.
Mnoge hemikalije u benzinu
uključujući MTBE – mogu biti
škodljive u vodi. MTBE je veoma
rastvorljiv u vodi rasprostire se brže i
dalje od drugih sastojaka benzina.
3.5 Sintetska goriva (FischerTropsch)
Mada je u nekom stepenu u upotrebi
od 1920-ih Fischer-Tropsch (FT)
goriva nisu široko korišćena danas ali to se može promeniti.
Širom sveta vrše se ekstenzivna
istraživanja i razvoj u cilju
komercijalizacije goriva za upotrebu
u vozilima. Više proizvođača vozila
navodi FT goriva kao moguće
alternativno gorivo za dizel motore
bez kompromisa u efikasnosti goriva
ili uticaja na infrastrukturu i troškove
punjenja.
FT tehnologijom se konvertuje
ugalj, prirodni gas i rafinerijski
produkti niske vrednosti u visokovredno gorivo čistog sagorevanja.
Dobijeno gorivo je bez boje, mirisa
i sa niskom toksičnošću. Pored toga
može se mešati sa konvencionalnim
dizel gorivom u bilo kom odnosu.
FT goriva pružaju važan doprinos
zaštiti životne okoline u poređenju sa
dizelom smanjujući emisiju NO, CO
i čestica.
energija
Posebno je interesantna tehnologija
prevođenja prirodnog gasa u ultračiste destilatne proizvode kao što
je dizel, benzin i neki specijalni
proizvodi. Tehnologija Gas to
Liquids (GTL), je kombinacija
Fischer-Tropsch sinteze i specijalnog
hidrokonverzionog procesa. Proizvod
je dizel visoke cetanske vrednosti,
male gustine i praktično bez sumpora
i aromata.
Pored toga dok mnoga alternativna
goriva zahtevaju potpuno
odvojeni sistem za distribuciju, FT
goriva mogu koristiti postojeću
infrastrukturu za distribuciju.
To znači da gorivo može da se
transportuje istim brodovima i
cevovodima kao sirova nafta.
Nema značajnih razlika u
performansama FT goriva prema
petrodizel gorivima. U stvari
viši cetanski broj FT dizel goriva
može rezultovati u poboljšanom
sagorevanju. Pored toga, mnoga
alternativna goriva zahtevaju velike
promene u motoru vozila, ali FT
goriva ne zahtevaju modifikaciju
motora. FT goriva su neznatno manje
energetske gustine od petrodizela
što može imati za rezultat nižu
ekonomiku goriva i snage.
Karakteristike emisije u odnosu na
konvencionalni dizel:
- Smanjenje oksida azota usled višeg
cetanskog broja.
- Malo ili bez čestica usled niskog
sadržaja sumpora i aromata.
- Smanjenje emisije ugljovodonika i
ugljen-monoksida.
Literatura
[1] European Conference of
Ministers of Transport, CO2
Emission from Transport, Paris,
1997.
[2] IEA, World Energy Outlook,
Paris, 1997.
[3] Kyoto Protocol to the United
Nations Framework Convention
on Climate Change, 1997.
[4] Kessel, D.: Global
warming-facts, assessment,
countermeasures, Journal
of Petroleum Science and
Engineering, Vol.26, pp.157-168,
Amsterdam 2000.
[5] www.epa.gov/otaq/cosumer/
fuels/altfuels.htm
[6] www.esrl.noaa.gov/gmd/aggi.
4. Zaključak
Cena razvoja i primene tehnologija
proizvodnje alternativnih goriva je
velika i može biti ograničavajuća.
Međutim postoji obaveza
industrijalizovanih zemalja što je
i u njihovom interesu da razviju i
učine dostupnom ove tehnologije
gde god da su potrebne. Odnos
između cene i efikasnosti upotrebe
goriva sa manjom emisijom CO2
mora biti presudan kriterijum za
njihovu primenu uz razvoj poreskog
i fiskalnog okvira koji bi pomogao
njihovo korišćenje.
Primena alternativnih goriva nema
efekta samo na zaštitu životne
okoline tj. smanjenje emisije štetnih
materija već korišćenje energije
iz obnovljivih izvora omogućava
racionalnije trošenje fosilnihneobnovljivih goriva.
[164]
energija
Marko M. Ninković
Institut za nuklearne nauke – Vinča , Laboratorija za zaštitu od zračenja i
zaštitu životne sredine
UDC: 621.311.25.001.6 : 504.75.06
Renesansa nuklearne
energije i zaštita od zračenja
1. Uvod
Prvi kilovati električne energije
proizvedeni su iz nuklearne 20
decembra 1951. na reaktoru EBR-1 u
mestu Arko u državi Ajdaho u SAD.
Proizvedena energija poslužila je za
napajanje četiri sijalice, kao što se
vidi na slici 1. Međutim, osnovna
namena ovog reaktora bila je druge
vrste – za ispitivanje koncepta novih,
oplodnih reaktora.
Prva nuklearna elektrana (slika.2),
izgrađena je u gradu Obninsku u
bivšem SSSR-u . Gradnja elektrane
započeta je 1 januara 1951, a na
električnu mrežu je priključena 27.
juna 1954. godine. Elektrana je
nosila oznaku AM-1 (Atom Mirnij)
i imala je projektovanu snagu 6, a
proizvodnu 5 MW. Reaktor je bio
prototip kasnije poznatih sovjetskih
grafitno-vodenih reaktora RMBK
tipa. Elektrana je bila u pogonu do
29. aprila 2002. godine, kada je
konačno ugašena [1].
Prva komercijalna nuklearna
elektrana (slika 3), priključena je
na električnu mrežu avgusta 1956.
godine u Velikoj Britaniji. Elektrana
je poznata pod imenom Calder Hall 1
i imala je snagu od 50 (kasnije 200)
MW.
Početkom oktobra meseca 2010
godine u 31 zemlji sveta radilo je
ukupno 441 elektrana integralne
snage 375 GW, a u izgradnji je bilo
ukupno 60 elektrana ukupne snage
59 GW, u 17 zemalja.
Zaštita od jonizujućih zračenja
počela se razvijati praktično od kraja
devetnaestog veka, neposredno po
otkriću H zračenja i radioaktivnosti.
Poseban uticaj na njen razvoj imalo
Sažetak
Uvođenje nuklearne energije u tekuću praksu imalo je značajnog uticaja
na razvoj zaštite od zračenja. Naprimer, ALARA princip, koji čini osnovu
savremenih koncepcija zaštite, usvojen je upravo sedamdesetih godina
prošlog veka uporedo sa intenzivnom gradnjom nuklearnih elektrana. Nakon
prvih ozbiljnjijih akcidenata na novoizgrađenim elektranama (Ostrvo tri
milje, 1979 i Černobil, 1986), nastupio je zastoj u gradnji. Čak su neke
zemlje, kao Švedska, referendumom odlučile da prestanu sa grdnjom novih
elektrana. Praktično gradnja je prestala u Evropi i Americi a nastavljena
je smanjenim tempom samo na Dalekom istoku. Međutim, nakon usvajanja
Kjoto protokola sve više je bilo jasno da se bez povratka nuklearnoj energiji,
njegovi zahtevi ne mogu ispuniti. Nagoveštaji renesanse pojavili su se u SAD
nakon problema sa električnom strujom u Kaliforniji početkom ovog veka,
ali su brzo utihnuli. Konačno tokom 2008 i 2009 godine, reklo bi se da je
renesansa počela. U međuvremenu na polju zaštite od zračenja usvajane su
nove preporuke 1990 i 2007 godine. Iako su njima uvedene značajne novine
u tekuću praksu zaštite, one se po efektima koje su izazvale ne mogu uporediti
sa efektima ALARA-principa. Treba očekivati da će predstojeća renesansa
nuklearne energije značajnije ponovo uticati na unapređenje i razvoj zaštite
od zračenja u narednom periodu
NUCLEAR POWER RENAISSANCE AND RADIATION
PROTECTION
Introduction of nuclear energy as a commercial source for electric power
production during seventies of last century, had a strong influence on the new
radiation protection concept development. The using of ALARA – principle
in everyday radiation protection and safety of radiation sources practicies,
could be mentioned as example. On the other side construction of the new
commercial power plants, after first two nuclearr accidents at Three Mile
Islands and Chernobyl especially, have been stoped in Europe and North
America, practically. But, upon Kyoto Protocol acceptance, it was shown
by many analisies all over the world, that indulgence of its fundamental
requirements should not be achivied without return to nuclear energy
as a source of electric power. In the meantime two new ICRP radiation
protection recommedations, of 1990 and 2007, have been accepted, but not
as a completly new, already completition of former recomendations with
LET- hypotesies and ALARA – principle. Renaissance of nuclear power,
alredy started, will give a strong influence on reshape radiation protection
at nuclear power plants to achieve significant improvements in safety
performance and coste-effectiveness.
je otkriće fisije i njena primena u
vojne i kasnije mirnodopske svrhe.
Najznačajnije unapređenje zaštite od
[165]
zračenja postihnuto je usvajanjem
ALARA principa, što je učinjeno
sedamdesetih godina, upravo u
energija
Slika 1 Prva proizvodnja elektriciteta iz nuklearne
energije, ostvarena 20 decembra 1951.,u SAD
nuklearne,
kao jednog od
osnovnih izvora
energije. Usvajanje
protokola,
o potrebi
nezaobilazne
zaštite atmosfere
od zagađenja
štetnim gasovima
- Kjoto protokola,
bio je jedan od
najozbiljnijih
Slika 2 Prva u svetu nuklearna elektrana AM-1, puštena u rad 27 juna 1954
u gradu Obninsku u bivšem SSSR-u.
Izgled spolja
Kontrolna soba
Slika 3 Calder Hall, prva komercijalna nuklearna elektrana u svetu, puštena u rad 1956. godine u V. Britaniji
vreme kada je gradnja nuklearnih
elektrana bila u najvećem razmahu.
Gradnja velikog broja nuklearnih
elektrana tokom sedamdesetih godina
bila je direktna posledica naftne krize
sa početka te decenije. Međutim,
pojavom prvih akcidenata na ovim
postrojenjima (na elektranama na
Ostrvu tri milje i posebno Černobilu)
došlo je do praktične obustave
gradnje. Švedska, koja je do tada
bila već izgradila i pustila u rad šest
nuklearnih elektrana, na referendumu
odražanom 1980., godinu dana po
akcidentu na Ostrvu tri milje, donela
je odluku o prestanku gradnje novih
i korišćenja izgrađenih najkasnije
do 2010. godine. Prestala je potpuno
gradnja u Evropi
i Severnoj i
Južnoj Americi.
Od nuklearnih
elektrana nisu
se odrekle samo
dalekoistočne
zemlje (Južna
Koreja i Japan).
Ipak razvoj
nuklearnih
postrojenja,
usavršenijih od
podtojećih, nije
prestajao. Analize
su pokazivale da
se dalji napredak
čovečanstva teško
može nastaviti
bez korišćenja
nagoveštaja nužnosti povratka
korišćenju nuklearne u proizvodnji
električne enrgije.
2. Kjoto protokol i njegovi
zahtevi
U gradu Kjoto u Japanu 11.12.1997.
godine usvojen je međunarodni
dogovor (protokol) [2], na osnovu
Konvencije Ujedinjenih nacija iz
1992. o klimatskim promenama
[3]. Protokol je stupio na snagu
16.02.2005. , a do kraja 2009.
ratifikovalo ga je 187 članica UN.
Protokolom se taksativno obavezuje
37 industrijalizovanih zemalja sveta
i Evropska Unija, da snize emisiju
GHGs (Green Hause Gases ) u
atmosferu, najkasnije do perioda
2008/2012. Zahtevano smanjenje
je 5,2% u proseku , u odnosu na
kolektivnu emisiju iz 1990. Na
osnovu toga izvedene su konkretne
granice smanjenja za pojedine
zemlje ili grupacije zemalja i to: 8%,
za Evropsku uniju i druge; 7%, za
SAD; 6%, za Japan, i 0%, za Rusiju.
Nekim zemljama dozvoljeno je čak
povećanje, kao naprimer: Australiji –
8%, Islandu – 10% itd.
Imajući u vidu da su elektrane na
fosilna goriva, kao što se može videti
na slici 4[4], najveći zagađivači
atmosfere GHG gasovima, jedini put
za smanjenje zagađenja i ispunjenje
osnovnih zahteva Kjoto protokola,
jeste smanjenje korišćenja fosilnih
goriva kao izvora energije uopšte
i posebno električne. Mađutim,
prema podacima prikazanim na
slici 5, to nimalo nije jednostavno.
Na ovoj slici dati su podaci o
učešću pojedinih vrsta izvora u
proizvodnji energije, kao činjenično
stanje od 1970. godine do danas
i sa projekcijom do 2030, pod
pretpostavkom da se nastavi isti
Slika 4 Emisija GHG iz različitih izvora el. energije data u /g(CO2 ekv.) / kWh/ [4]
[166]
energija
Slika 5 Udeo pojedinih izvora u proizvodnji energije od 1970 sa projekcijom do
2030, u odsustvu značajnijeg povećanja doprinosa nuklearne energije
trend učešća. Prema podacima
Međunarodne agencije za energiju,
procentualno učešće pojedinih izvora
u proizvodnji električne energije u
svetu 2007. godine. bilo je: ugalj
(41,6%), gas(20,9%), hidro(15,6%),
nuklearni (13,8%), biomasa i otpad
(1,3%), vetar (0,9%) i ostali (
geotermalni, sunce, plima i oseka i
talasi)(0,3%).
U literaturi se inače, mogu naći
različiti podaci o emisiji SO2 iz
nuklearnih elektrana. Ponekad se
tvrdi da nuklearne elektrane ne
emituju SO2 , što se odnosi samo
na pogon nuklearne elektrane.
Međutim, ako se želi dati pravilna
procena doprinosa nuklearnih
elektrana emisiji SO2 u atmosveru,
mora se analizirati ceo životni ciklus
elektrane počev od: vađenja i prerade
rude urana, proizvodnje goriva,
izgradnje, pogona i održavanja sve
do dekomisije nuklearne elektrane.
U tom slučaju, kao što se vidi na
slici 4, emisija SO2 nije zanemarljiva,
iako je znatno manja nego emisija
iz elektrana na ugalj, naftu ili
gas. Istovremeno je znatno veća
nego emisija iz nekih obnovljivih
izvora. Prema podacdžima datim u
referenci [4] , po 1 kWh električne
energije, proizvedenom u nuklearnoj
elektrani, emituje se 66 gCO2ekv.,
što je oko 15-puta manje nego pri
koršćenju uglja (1050 gCO2ekv),
ali istovremeno i 7-puta više nego
pri korišćenju vetra (9 gCO2ekv),
kao najboljeg obnovljivog izvora
eneregije. Iz tih razloga sledi
logičan podatak, koji je eksplicitno
dat u referenci [5], da nuklearna
elektrana snage 1000 MWe emituje
istu količinu SO2 kao i elektrana
na ugalj snage 45 MWe. Analize
takođe pokazuju, da najveći doprinos
emisiji SO2 , u nuklearnom gorivom
ciklusu, potiče od potrošnje energije
u procesu obogaćivanja uranijuma
metodom gasne difuzije. Prelazak na
postupke obogaćivanja metodama
gasnog centrifugiranja ili laserske
separacije izotopa, značajno bi se
smanjila emisija SO2 iz nuklearnog
gorivnog ciklusa [6].
3. Nuklearna energija i
zaštita od zračenja
Nakon izgradnje prvih nuklearnih
elektrana, pedesetih godina prošlog
veka, sledi postepena gradnja novih
elektrana u Evropi i Severnoj i
Južnoj Americi. Građene su elektrane
sve veće i veće snage, koja dostiže
standardnih 1000 MW, početkom
sedamdesetih. Upravo u to vreme,
kao što je pokazano na slici 6, dolazi
do naglog skoka (više od trostrukog)
cena nafte na svetskom tržištu.
To je snažno uticalo na ubrzanu
gradnju nuklearnih elektrana, kao
novorazvijenih izvora energije,
radi smanjenja zavisnosti od nafte.
Sve do kraja sedamdesetih godina
gradilo se godišnje, na desetine ovih
postrojenja širom sveta. Međutim,
marta meseca 1979 došlo je do
prvog ozbiljnjijeg akcidenta na
jednoj od novoizgrađenih nuklearnih
elektrana na Ostrvu tri milje u SAD.
Iako je tom prilikom kontaminirana
okolina elektrane, kontaminacija je
bila neznatna, ali je sama šteta na
Slika 6 Cena nafte ($(2008)/barelu), na svetskom tržištu, od 1869. do avgusta
2009.godine[7]
Slika 7 Modeli rizika od izlaganja malim dozama zračenja (<0,1Sv):---hiperosetljivost;-----LNT;- - - prag; ----- hormezis; • • • najnoviji epidemiološki podaci[9]
[167]
energija
postrojenju bila veća od milijardu
dolara.
Bilo je to prvo ozbiljnjije upozorenje
o potrebi preispitivanja sigurnosti
ovih objekata i usporavanju
gradnje. Šta više, Švedska je na
referendumu 1980. godine donela
odluku o prestanku gradnje novih i
postepenom isključivanju iz upotrebe
već izgrađenih elektrana, najkasnije
do 2010. godine. Sticajem okolnosti
ubrzo dolazi i do katastrofalnog
akcidenta u Černobilu, što je
izazvalo odricanje od gradnje novih
nuklearnih elektrana u svim do tada
zainteresovanim zemljama u Evropi
i Severnoj i Južnoj Americi. Gradnja
je nastavljena samo u dalekoistočnim
zemljama.
Paralelno sa gradnjom velikog broja
nuklearnih elektrana sedamdesetih,
Međunarodna komisija za zaštitu
od zračenja (ICRP) usvaja nove
koncepcije, bitno različite od
prethodnih, zasnovane na linearnoj
bez praga zavisnosti efekata od
doze zračenja ( LNT-hipoteza), kao
što je ilustrovano na slici 7[8,9].
Kao neposredna posledica ovakve
hipoteze proističe primena ALARAprincipa (As Low As Reasonable
Achiviable principle) u tekućoj
praksi zaštite. Bila je to u pravom
smislu revolucionarna promena
u odnosu na model «maksimalno
dozvoljenih doza», koji je korišćen u
prethodnoj pedesetogodišnjoj praksi.
Ovim su uvedena dva referentna
nivoa zaštite: podnošljiv nivo, koji
odgovara maksimalno podnošljivoj
granici izlaganja i prihvatljiv nivo,
ili ALARA-nivo, koji sleduje iz
optimizacije primenom ALARAprincipa. Prihvatljivi ili ALARAnivo dobija se kao ekstremna
vrednost zbira funkcija:
X(S) + Y(S) = Const, odnosno:
dX(S)/dS = - dY(S)/dS
gde su: X(S) i Y(S) – funkcije cena
ulaganja u mere dodatne zaštite i
odgovarajućeg smanjenja štetnosti
respektivno, a S – kolektivna
doza. Izborom novčane vrednosti
za štetnost po jedinici kolektivne
doze, definiše se i nivo neophodnog
dodatnog ulaganja u mere zaštite,
da bi se od podnošljivog dostigao
ALARA-nivo izlaganja. Izbor veće
vrednosti za ovu veličinu zahteva
veća ulaganja u mere zaštite i
obratno.
Efekat primene novih koncepcija
zaštite od zračenja iz 1977. godine,
posebno ALARA-principa, više je
nego očigledan, kao što se može
videti na slici 8. Na ovoj slici , data
je analiza srednjih individualnih
godišnjih doza radnika na svim
nuklearnim elektranama PWR i
BWR tipa u SAD[10]. Očigledno
je neprekidno smanjenje ovih
vrednosti, koje je izrazito početkom
osamdesetih godina, ali se i dalje
nastavlja, što je i bio osnovni cilj
primene ALARA-principa.
4. Nagoveštaji renesanse
nuklearne energije
Iako je većina zemalja u svetu
prestala da gradi nuklearne elektrane,
već sredinom devedesetih godina
prošlog veka pojavile su se tvrdnje
da je povratak nuklearkama
neminovan. Na to je posebno
ukazano, kao što je rečeno, nakon
usvajanja Kjoto protokola. No i pre
usvajanja ovog protokola bilo je
naučnika u svetu koji su verovali
u popvratak nuklearne energije.
Među njima posebno se isticao
Alvin Vajnberg (Alvin Weinberg)
[11], koji je inače još 1946, u vreme
Slika 8 Evolucija srednjih individualnih godišnjih doza (cSv/a), na nuklearnim
postrojenjima u SAD, od 1973. do 2006.godine [10]
[168]
kada su velike zemlje bile okupirane
gradnjom atomskih bombi,
patentirao ideju o lakovodnim
nuklearnim reaktorima za nuklearne
elektrane. Sredinom devedesetih
godina prošlog veka Vajnberg je u
jednom intervjuu, datom u američkoj
nacionalnoj laboratoriji u Ouk Ridžu
rekao: «Sumnjati danas u renesansu
nuklearne energije je isto što i
sumnjati u dalji napredak ljudskog
društva. Tokom svog života bio
sam svedok neverovatnih podviga
ljudskog uma. Verujem da će ta
ljudska osobina biti sposobna da
kreira Drugu nuklearnu eru odnosno,
da vaskrsne nuklearnu energiju.
Zato, prihvatimo se lista papira i
konstruišimo novi tip, inherentno
sigurnih nuklearnih reaktora».
Vajnberg je nažalost umro 2006.
godine u svojoj 91. godini, tako da
nije doživeo da vidi vaskrs nuklearne
energije, za koji je bio tako siguran
da će doći.
Sledeći nagoveštaj renesanse
nuklearne energije potekao je od
Džordža Vojinivića (George V.
Voinovich), američkog senatora,
poreklom iz naših krajeva. Naime,
američko Društvo za zaštitu od
zračenja (Health Physics Society
(HPS)), pozvalo je senatora
Vojinovića, kao člana potkomiteta
Senata SAD za «Čistu atmosferu
i nuklearnu sigurnost», da na 46.
konferenciji Društva, održanoj
juna meseca 2001. godine, iznese
svoj stav o budućnosti nuklearne
energije. Senator se odazvao i održao
jedno od uvodnih predavanja, čiji
je rezime sledeći [12] : «Moraju se
harmonizovati potrebe za čistom
atmosferom i energijom. Zato je
potrebno obezbediti pouzdane
i dostupne izvore energije.
Nuklearna energija ispunjava oba
ova kriterijuma, te treba prihvatiti
njenu ulogu kao osnovnog izvora
energije». Istovremeno je izneo
zanimljiv podatak, da je korišćenjem
nuklearne za proizvodnju električne
energije od 1973. do 2000. godine u
SAD, sprečena emisija u atmosferu
štetnih oksida, i to: ugljenika - više
od 2,6 Gt; sumpora – oko 60 Mt i,
azota – više od 32 Mt. Posle ovakvih
izjava jednog visokog zvaničnika,
očekivao se brži povratak nukearnoj
energiji u SAD, pa i širom sveta.
Međutim, toga nije bilo. U SAD
se trenutno gradi samo jedna
nuklearna elektrana, mada je do sada
već planirano 26 lokacija [13], za
izgradnju novih.
Sledeći podsticaj povratku nuklearne
energije stigao je pre dve godine
energija
iz Švedske [14] . Petog februara
2009. godine, Vlada Švedske donela
je odluku da se nastavi korišćenje
postojećih i započne planiranje i
gradnja novih nuklearnih elektrana,
da bi se smanjila emisija CO2 u
atmosferu do 2020. godine, na
40% nivoa iz 1990. Ovakva odluka
Švedske odjeknula je u svetu, jer je
Švedska bila prva zemlja, kao što je
već rečeno, koja je godinu dana po
akcidentu na ostrvu Tri milje (1979),
odlučila da zabrani izgradnju novih i
postepeno da prestaje sa korišćenjem
postojećih nuklearnih elektrana,
najkasnije do 2010. godine.
Konačno na skupu «International
Ministerial Conference on Nuclear
Energy» održanom u Pekingu,
20.aprila 2009. godine, M.ElBaradei,
u tom trenutku još uvek aktuelni
generalni direktor IAEA, izrekao je
veoma zanimljivu tvrdnju: «2008.
je bila paradoksalna godina za
nuklearnu energiju: to je prva godina
od 1955, tokom koje nije pušten u
rad nijedan nuklearni reaktor, dok je
istovremeno započeta gradnja više od
deset novih reaktora, što pretstavlja
najveći broj od 1985. godine» [15].
Ta činjenica nesumnjivo govori o
kraju jedne i istovremenom početku
nove ere nuklearne energije. U ovom
trenutku se može reći da je renesansa
nuklearne eneregije nesumnjiva.
To jasno sledi iz upoređenja broja
nuklearnih elektrana, datih na slici 9,
čija je gradnja bila u toku, septembra
2008 i februara 2010. godine. Kao
što se na slici može videti zemlje
koje trenutno grade najveći broj
nuklearnih elektrana su Kina, Rusija
i Južna Koreja. Naročito se ističe
Kina, koja je od septembra
2008 do oktobra 2010 započela da
gradi 17 novih elektrana.
5. Inherentno sigurni
reaktori za nove
elektrane
Jedan od efekata akcidenta u
Černobilu bio je i odustajanje od
probabilističkog pristupa zaštiti od
svih tipova akcidenata na nuklearnoj
elektrani. Ovaj koncept razvijen
je u poznatom Rasmusenovom
izveštaju[16] iz 1975. Saglasno
ovom konceptu svi akcidenti
na nuklearnim reaktorima, pa i
oni sa kontaminacojom okoline,
su prihvatljivi, s tim što se
tehničkim i drugim merama zaštite,
verovatnoća pojave akcidenata sa
većim posledicama mora sniziti
proporcionalno veličini posledica.
Na slici 10 šematski je prikazan
koncept zaštite po dubini, koji
podrazumeva postojanje nekoliko
(pet ili više)uzastopnih tehničkih
zaštitnih barijera. Na-mena ovih
barijera je da se minimizira
verovatnoća (probabilistički pristup)
događanja i umanji stepen posledica
najtežih akcidenata na nuklearnim
reaktorima, kao što su akcidenti sa
kontaminacijom okoline.
Međutim, prvi akcidenti na
nuklearnim elektranama posebno
černobilski, pokazali su da se zaštiti
od nekih akcidenata, kao što su
akcidenti sa kontaminacijom okoline,
ne može pristupiti proba- bilistički,
već da oni projektno, deterministički
moraju biti isključeni. Drugim
rečima savremeni nuklearni reaktori
moraju posedovati inherentno
ugrađene barijere za sprečavanje
takvog tipa akcidenata.
Ideja o konstrukciji inherentno
sigurnih reaktora pojavila se već
sredinom sedamdesetih i početkom
osamdesetih godina prošlog
veka. Bilo je to u trenutku kada
Slika 10 Koncept zaštite po dubini, od
akcidenata na nuklearnim
reaktorima, pomoću pet uzastpnih zaštitnih barijera
(1).Inertna(keramička) struktura goriva od
oksida uranijuma;(2).Košuljica goriva od legure
cirkonijuma;(3).Čelični sud reaktora debljine
više od 10cm; (4).Unutrašnji zid kontejmenta
otporan na pritisak, i (5).Zaštitna zona oko
reaktorskog kontejmenta (faktor rastojanja), ili
zgrada reaktora ili drugi spoljni, zid kontejmenta.
se počelo razmišljati o gradnji
nuklearnih toplana, za zagrevanje
velikih gradova. Da bi toplana bila
ekonomičnija trebalo ju je locirati
u samom gradu ili na njegovoj
periferiji, dakle suprotno jednom od
do tada važećih osnovnih kriterijuma
za lokaciju nuklearnih elektrana
– što dalje od velikih naselja da
bi u slučajevima akcidenta, sa
kontaminacijom okoline, što manji
broj ljudi bio izložen opasnosti.
Zanimljivo je istaći da je jedan od
prvih idejnih projekata nuklearnih
toplana razvijen u Švedskoj pod
nazivom: «Secure, nuclear district
heating plant» [17]. Kako se na
slici 11, može videti inherentna
sigurnost nuklearnog reaktora
toplane postiže se na sledeći način:
reaktor je uronjen u podzemni
Slika 9 Uporedni prikaz broja nuklearnih elektrana u gradnji u svetu, u sptembru 2008 i oktobru 2010.
[169]
energija
Slika 11 Šematski prikaz «SECURE» tipa inherentno
sigurnog reaktora u nuklearnoj toplani
bazen sa boriranom vodom; na vrhu
reaktora se nalazi membrana, koja
puca pri porastu pritiska u reaktoru
usled porasta snage u neregularnim
uslovima; u tom trenutku, bez
ikakvih delovanja spoljnjih sistema,
reaktor se gasi pod dejstvom
borirane vode iz bazena koja u
njega dospeva saglasno osnovnim
zakonima termodinamike; dimenzije
bazena su projektovane tako da
može da prihvati celokupnu toplotu
razvijenu u reaktoru a da ne dođe
do ključanja vode u njemu tokom
narednih osam sati. U međuvremenu,
koje je dovoljno dugo, započinje
se sa hlađenjem vode u bazenu
pomoću spoljnjih sistema; na taj
način se sprečava katastrofalni
razvoj akcidenta i kontaminacija
okoline, jer celokupna radioaktivnost
oslobođena iz reaktora zadržava se u
bazenu.
Tabela 1 Broj energetskih reaktora u svetu januara 2010,
u radu i izgradnji, razvrstan po tipovima
četiri generacije: generacija-1, 2, 3 i
3+. Prva generacija reaktora građena
je do sredine šestdesetih godina
i uglavnom se radi o reaktorima.
nestandardnih karakteristika.
Najveći broj reaktora koji je danas
Tabela 2 Broj energetskih reaktora u svetu oktobra 2010, u radu i izgradnji,
razvrstan po zemljama
Nuklearna toplana u podnožju
Kalemegdana
Početkom sedamdesetih godina
prošlog veka, Privredna komora
Beograda organizovala je izradu
studije o potencijalnim izvorima
energije za potrebe Beograda, tokom
narednih trideset godina. U studiju je
uvršćen i prilog Dragomira Malića,
profesora Tehnološko-metalurškog
fakulteta Univerziteta u Beogradu,
u kome je obrazložena mogućnost
izgradnje nuklearne toplane na
desnoj obali Save, ispod zidina
Kale-megdana[18]. Bila je to, u tom
trenutku, veoma smela za mnoge i
nerazumna ideja, koja se graničila
sa naučno-tehničkom fantastikom.
Međutim, danas posle četrdeset
godina, sa razvojem deterministički,
inherentno sigurnih nuklearnih
reaktora, realizacija ove vizionarske
ideje profesora Malića u budućnosti,
čini se sve verovatnijom.
6. Nuklearne elektrane u
radu i gradnji danas
Nuklearno energetski reaktori koji su
u radu ili se grade spadaju u jednu od
[170]
energija
u eksploataciji spada u drugu
generaciju reaktora, koji su građeni
od početka sedamde-setih do sredine
osamdesetih godina prošlog veka. To
su uglavnom visokostandardizovani
reaktori građeni po kriterijumima
sistema osiguranja kvaliteta, koji
je u nuklearnoj industriji počeo da
se koristi početkom sedamdesetih
godina. Nakon akcidenata na
nuklearnim elektranama u drgoj
polovini osamdesetih godina
započeo je razvoj treće, a nešto
kasnije i treće plus generacije
energetskih reaktora. Radi se o
unapređenim tipovima reaktora
druge generacije. Unapređenje se
odnosi prvenstveno na poboljšanje
stepena sigurnosti uvođenjem
elemenata inherentne sigurnosti,
radi determinističkog sprečavanja
akcidenata sa kontaminacijom
okoline. Kod reaktora treće plus
generacije akcenat je bačen i na
poboljšanje ekonomije u procesima
pogona i održavanja. Danas se u
svetu grade reaktori treće i očekuje
se početak gradnje i reaktora treće
plus generacije. U tabeli 1, prikazan
je ukupan broj reaktora u svetu, na
dan 1 januara 2010, u radu i izgradnji
razvrstan po tipovima, a u tabeli 2,
po zemljama. Kako se u tabeli 1 vidi
među reaktorima u radu dominiraju
lakovodni reaktori PWR i BWR tipa,
dok su među reaktorima u izgradnji
dominantni reaktori PWR tipa.
Kako se iz podataka datih u tabeli
2 vidi, zemlje sa najvećim brojem
reaktora u radu po redosledu su:
SAD, Francuska, Japan, Rusija itd..
Među zemljama koje trenutno grade
nove nuklearne elektrane, po broju se
ističu Kina posebno i zatim Rusija,
Južna Koreja i Indija.
7. Energetski fisioni
i fuzioni reaktori u
budućnosti
Fisioni reaktori četvrte generacije
Nuklearne elektrane koje su danas u
eksploataciji ili izgradnji zasnivaju
se na termičkim nuklearnim
reaktorima. Kao što je poznato u
ovim reaktorima osnovni fisioni
materijal je siromašniji izotop urana
235
U. Kako je prinos ovog izotopa u
rudi uranijuma svega 0,7%, analize
pokazuju da bi njegova raspolživost
za korišćenje u termičkim reaktorima
bila iscrpljena za oko 150 godina.
To je bio jedan od osnovnih razloga
za razvoj brzih-oplodnih reaktora, u
kojima se kao osnovno gorivo koristi
masivniji izotop urana - 238U, koga
u rudi uranijuma ima 99,7%. Na taj
način bi se
Slika 12
raspoloživost
uranijuma
kao nuklearnog
goriva produžila
za oko 10-puta,
na oko 1500
godina. Danas
je u toku razvoj
nekoliko tipova
ovih reaktora , od
kojih je šematski
prikaz jednog
dat na slici 12.
Prema procenama
reaktori četvrte
generacije
treba da budu
raspoloživi
za ugradnju
najranije za
sledećžih
Tabela 3
deset , a
najverovatnije
za dvadeset
godina.
Šematski prikaz natrijumom hlađenog brzog
reaktora (SFR), jednog od reaktora 4-generacije
Neki od značajnijih produkata aktivacije u fuzionim
postrojenjima
Fuzioni –
termonuklearni
reaktori
Kontrolisana
fuziona reakcija
kao potencijalni
izvor električne energije postala je
Sovjetskog Saveza, Evropske Unije,
predmet istraživanja već sredinom
Sjedinjenih Američkih Država i
prošlog veka. Sredinom druge
Japana. Kasnije su se pridružile Kina,
polovine prošlog veka verovalo
Južna Koreja i Indija. Sredinom
se da će se kontr-olisana fuzija, sa
2005. godine učesnice na projektu
generisanom energijom na izlazu
odlučile su da se eksperimentalno
većom od uložene, ostvariti krajem
postrojenje izgradi u Evropskoj
prošlog veka. Iako se to nije postiglo, Uniji odnosno, u Kadarašu –
nade nisu izgubljene. Već više
Istraživačkom nuklearnom centru
od trideset
godina u
Slika 13 Šematski prikaz elektrane sa termonuklearnim
reaktorom
svetu (Evropa,
Amerika,
Rusija,
Japan . .) radi
se na nekoliko
razvojnih
projekata koji
kao cilj imaju
izgradnju
eksperimentalnog
termonuklearnog
reaktora. Među
najpoznatijim je
projekat ITER
(International
Termonuclear
Experimental
Reactor)[19,20].
Realizacija
ovog projekta
započeta je 1985
dogovorom
između
[171]
energija
na jugu Francuske. Očekuje se da
će se na ITER-u ostvariti faktor
multiplikacije uložene energije
od najmanje deset puta. Na većini
raspoloživih fuzionih sistema taj
faktor je još uvek manji od 1. Prema
današnjim procenama (mart 2010)
[20], ITER bi trebalo da bude
pušten u rad krajem 2019. Ceni se
da će se najkasnije do sredine ovog
veka, raspolagati sa komercijalnim
termonuklearnim reaktorima.
Fuzioni reaktori imaju preimućstvo u
odnosu na fisione u pogledu goriva,
sigurnosti i otpada.
Osnovno gorivo za fuzione reaktore
su deuterijum i tricijum, koji su
dostupni širom zemaljske kugle.
Deiterijuma ima u morskoj vodi
u količinama koje su dovoljne za
pogon termonuklearnih reaktora
tokom miliona godina. Tricijuma za
ove svrhe nema u prirodi, ali se on
može proizvesti od litijuma, koga
ima u zemljinoj kori za korišćenje
tokom hiljada godina.
U pogledu sigurnosti, fuzioni
reaktori su praktično inherentno
sigurni jer se na njima ne može
razviti katastrofalni akcident. To je
posledica činjenice da se u reaktoru
nalazi mala količina goriva, samo za
nekoliko sekundi sagorevanja.
Konačno, kada je radioaktivni
otpad u pitanju, pri radu fuzionih
reaktora ne stvaraju se visokoaktivni
dugoživeći produkti, koji su osnovni
problem kod fisionih reaktora.
Nastaju samo, pod dejstvom
neutrona, produkti aktivacije, kao
što se vidi u tabeli 3 [21,22], čija se
ukupna aktivnost značajno smanjuje
u vremenu kraćem od 100 godina
Na slici 13, dat je, kao ilustracija,
šematski prikaz osnovnih
komponenti jedne ter- monuklearne
elektrane.
mSv/a, za četiri specifične životne
i radne situacije u kojima se čovek
može naći u poljima zračenja. U
najnovijim preporukama zadržan
je osnovni koncept (LNT-hipoteza,
ALARA-princip, optimizacija
zaštite) preporuka iz 1977. godine,
kao i vrednosti osnovnih granica
izlaganja zračenju koje su usvojene
u prethodnim prepoprukama iz 1990.
Date su nove vrednosti radijacionih
težinskih faktora za protone i
neutrone, kao i nove vrednosti
pojedinih tkivnih težinskih faktora.
Ono što pretstavlja poseban doprinos
ovih preporuka jeste naglašavanje
potrebe zaštite ne samo humanih, već
i nehumanih jedinki (flore i faune) u
prirodi. Nisu date nikakve konkretne
preporuke, već je samo pokrenut
proces iznalaženja reprezentativnih
jedinki u prironi i razradi graničnih
nivoa izlaganja zračenju za njih.
Ubrzo nakon usvajanja novih ICRPpreporuka, Međunarodna agencija
za atomsku energiju - IAEA, u
zajednici sa brojnim međunarodnim
organizacijama (FAO, ILO, OECD/
NEA, PAHO, WHO, EC, UNEP
IRPA ) koje se bave problemima
zaštite od zračenja, pokrenula je
početkom 2008. godine proces
revizije dokumenta «International
Basic Safety Standards (BSS)
for Protection against Ionizing
Radiation and for the Safety
of Radiation Sources», radi
njegovog usaglašavanja sa novim
preporukama. Početkom ove godine
treća verzija ovog dokumenta [24],
upućena je državama članicama
IAEA na konačno razmareanje i
dostavljanje eventualnih, primedaba.
Pretpostavlja se da će ovaj dokument
biti spreman za konačno usvajanje na
godišnjoj konferencija IAEA, koja se
održava redovno septembra meseca
tekuće godine. To znači da će novi
BSS standardi biti na raspolaganju,
najkasnije početkom 2012. godine,
za ugradnju u regionalne preporuke
odnosno, nacionalnu nuklearnu
regilativu.
Treba očekivati da će se u narednom
periodu nastaviti sa daljim
unapređenjem koncepcija zaštite
od zračenja i radijacione sigurnosti
posebno u domenu, korišćenja
nuklearne za proizvodnju električne
energije. Za to nesumnjivo postoji
potreba [25] kao i neophodni
preduslovi koji prate započetu
renesansu nuklearne energije.
9. Zaključak
Iz izloženog se može zaključiti da
je početak korišćenja nuklearne za
proizvodnju električne energije,
sedamdesetih godina prošlog veka,
izvršio značajan uticaj na razvoj i
unapređenje osnovnih koncepcija
zaštite od zračenja. Kao primer
navedeno je da je uvođenje ALARA
principa, zasnovanog na novo
prihvaćenoj LNT-pretpostavci
odnosa štetnih efekata i doze
zračenja, u tekuću praksu zaštite,
pretstavljalo ogroman napredak
u odnosu na prethodni skoro
pedesetogodišnji period korišćenja
koncepta maksimalno dozvoljenih
doza. Sa druge strane pokazano je
da je intenzivna gradnja nuklearnih
elektrana ubrzo splasnula nakon
prvih akcidentata na njima – na
Ostrvu tri milje i Černobilu posebno.
Praktično, gradnja je prestala u
Evropi i Americi a nastavljena
Slika 14 Osnovne maksimalno podnošljive granice izlaganja zračenju saglasno
najnovijim ICRP- preporukama
8. Zaštita od zračenja danas
Međunarodna komisija za zaštitu
od zračenja usvojila je pre oko tri
godine najnovije preporuke [23].
Rad na ovim preporukama započet je
1999 godine na inicijativu britanaca
Rodžera Klarka (Roger Clarke),
predsednika ICRP u to vreme. Cilj
je bio da se smanji broj osnovnih
granica izlaganja zračenju, kojih je
u tom trenutku bilo oko tridesetak,
za različite uslove rada. U tome se
i uspelo, kao što se može videti na
slici 14.
Definisane su četiri osnovne granice
maksimalnog godišnjeg izlaganja
pojedinaca: 0,01, 1, 20 i 100
[172]
energija
je smanjenim tempom samo na
Dalekom istoku. Međutim, nakon
usvajanja Kjoto protokola, sve
analize raspoloživih izvora energije
u svetu, pokazivale su da se bez
povratka nuklearnoj energiji, njegovi
zahtevi ne mogu ispuniti. Konačno,
pri kraju prve decenije ovog veka,
kao što je pokazano u tekstu,
povratak nuklearnoj energiji, u celom
svetu je očigledan. U međuvremenu
na polju zaštite od zračenja usvajane
su nove preporuke 1990 i 2007. Iako
su njima uvedene značajne novine
u tekuću praksu zaštite, one se po
efektima koje su izazvale ne mogu
uporediti sa efektima ALARAprincipa. Treba očekivati da će se u
narednom periodu nastaviti sa daljim
unapređenjem koncepcija zaštite
od zračenja i radijacione sigurnosti
posebno u domenu, korišćenja
nuklearne za proizvodnju električne
energije. Za to nesumnjivo postoji
potreba, kao i neophodni preduslovi
koji prate započetu renesansu
nuklearne energije.
Literatura
[1] V.V. Artisyuk, Potential of
Technical University Education
in Nuclear Knowledge
Preservation - The Case of
Obninsk, Regional Workshop on
Managing Nuclear Knowledge,
Sevastopol, Ukraine, 19 -23 June
2006
[2] UNFCCC2008(United Nations
Framework Convention on
Climate Change), Kyoto
Protocol,Reference Manual
on acounting of emission and
assigned amount, Climate
Change Secret-ariat (UNFCCC),
Bonn, Germany,2008.
[3] UN1992, United Nation
Framework Convention on
Climate Change, New Yourk, 9
May 1992.
[4] B.K.Sovacool, Valuing the
greenhouse gas emission from
nuclear power: A critical survey,
Energy Polisy 36, 8, pp. 29502963, 2008.
[5] NRC 2009, Environmental
protection regulation for
domestic licensing and
related regulatory functions,
U.S.Nuclear Regulatory
Commission, Washington DC,
U.S.Government Printing Office,
Code of Federal Regulations,
Title 10, Energy, Part 51, 2009.
[6] D.J.Strom, Greenhouse gas
emissions from the nuclear fuel
cycle, Health Physics News,
March 2010.
[7] J.L.Williams, Oil price history
and analyses, Energy Economics
Newsletter, /www.wtrg.com/
prices.htm/, March 2010.
[8] ICRP (1977), ICRP Publication
26, Annals of the ICRP, 1, 3,
(1977).
[9] D.T.Goodhead, Rad.Prot.
Dosimetry 137, 109/117,2009.
[10] R.Andersen, The resurgence
of nuclear power – Impact on
the health physics profession,
Health Physics News, XXXVI,
7, pp. 1-9, July 2008.
[11] A.Weinberg, An Interview, Oack
Ridge National Laboratory
(ORNL), Oak Ridge, Tennessee,
USA, 1995.
[12] G.V.Voinovich, 46th HPS
Annual Meeting, Cleveland,
Ohio, USA, 10-14 June, 2001.
[13] R.Andersen, Resurgence of
NE in the US and RP, 54. HPS
Annual Meeting, July 2009
[14] Sweden reverses its nuclear
phase out, World Nuclear News,
05 February, 2009.
[15] M.ElBaradei, Global demand
for nuclear will continue to
rise,Nu–Power- An International
Journal of Nuclear Power,
Vol.22-4, pp.16, 2008(Issued in
June 2009) .
[16] N.C.Rasmussen et al., The
reactor Safety Study Report,
WASH- 1400 (NUREG –
75/014) Rockwille, MD, USA,
1975.
[17] L.Nilsson, Secure, nuclear
district heating plant, ASEA
ATOM, Sweden, 1980.
[18] D.Malić, Prilog u Studiji o
izvorima energije za potrebe
grada Beograda u budućnos- ti,
Privredna komore Beograda,
1972(?).
[19] C.H.Scinner, Atomic Physics in
the quest for fusion energy and
ITER, Phys. Scr. T134, pp. 1-4,
2009.
[20] S.Griffit, Technical credible and
achievable, ITER Newsline #
122, March 2010.
[21] J.Gruber, High-level radioactive
waste from fusion reactors,
Environ. Sci. Technol., 17, 425431, 1983.
[22] R.S.Pavlović, M.M.Ninković,
Radionuklidi i njihova
[173]
ispuštanja iz fuzionih energetskih postrojenja, Zbornik
radova XV jugoslovenskog
simpozijuma za zaštitu od
zračenja, Priština, 6. – 9.juna,
1989.
[23] ICRP(2007), The 2007
Recommendation of the
International Commission on
Radiological Protection, ICRP
Publication 103, Ann. ICRP
37(2-4), 2007
[24] IAEA(2010), International Basic
Safety Standards for Protection
against Ionizing Radiation and
for the Safety of Radiation
Sources, Draft 3, Draft Safety
Requirements DS379, IAEA
Safety Standards, January 2010.
[25] R.Andersen, New nuclear
build and evolving radiation
protection challenges – the U.S.
perspective, Supp.to Health
Physics, 97, 1, S45, July 2009.
energija
Dr Vanja Šušteršič, Nemanja Janković, dr Milun Babić,
dr Dušan Gordić
Mašinski fakultet, Kragujevac
UDC: 621.57 : 662.986.001/.004 : 631.23
Projektovanje grejanja
plastenika korišćenjem
toplotne pumpe
1. Uvod
Upotreba tla zemljišta kao
izvora toplote za toplotne pumpe
omogućava korišćenje obnovljivih
izvora energije koji se nalaze u
zemlji. U ovom slučaju zemlja služi
kao sezonsko skladištenje solarne
energije. Na dubini od 0,9-1,5 m
amplituda promene temperature
usled promene spoljne temperature
je veoma mala. To rezultuje izuzetno
povoljnim uslovima za rad toplotne
pumpe koja izdvaja energiju iz
tla. Takođe, u toku letnjih meseci
zemlja može dodatno da se koristi za
hlađenje [1].
Produkcija poljoprivrednih
proizvoda u zaštićenom prostoru
spada u najintenzivnije u biljnoj
proizvodnji. Zaštićeni prostor
obezbeđuje smanjenje rizika usled
uticaja nepovoljnih klimatskih uslova
tokom jesenjeg, zimskog i prolećnog
perioda, ali i vrlo uspešnu zaštitu
od visokih temperatura u letnjim
mesecima. Rezultat upravljanja
mikroklimatskim uslovima tokom
čitave godine, shodno biološkim
zahtevima gajene biljke, je značajno
povećanje prinosa po biljci, samim
tim i po jedinici površine.
Najveće površine pod zaštićenim
prostorom od 141.200 ha, nalaze
se u Aziji, i to uglavnom u Japanu,
od čega su 138.200 ha plastenici. U
severnoj Evropi od ukupno 42.500
ha, plastenici zauzimaju 16.700
ha. Na Mediteranskom području
dominiraju plastenici i visoki
tuneli na 67.700 ha. Trenutno u
Srbiji registrovano je 64 ha pod
staklenicima i 8 ha pod plastenicima.
U poslednjih pet godina podignuto
je još oko 15 ha pod visokim
Sažetak
Većina zemalja širom sveta suočava se sa ozbiljnim nedostacima energije
ili će se suočiti u bliskoj budućnosti. Velika potrošnja energije i porast
broja stanovnika u svetu primorava nas da se suočimo sa problemom
kritičnog smanjenja zaliha fosilnih energetskih izvora, kao i hrane. Trenutna
energetska zavisnost od nafte i njenih derivata zahteva i znatne ekonomske
izdatke, a u budućnosti nagoveštava negativne efekte na nacionalne
ekonomije, kao i na međunarodnu bezbednosnu situaciju.
Takođe, proizvodnja zdrave hrane predstavlja imperativ današnjice.
Uzgajanjem u staklenicima i plastenicima, sa poboljšanim uslovima
zagrevanja, ne samo da se dobija bolji kvalitet hrane, već se ostvaruju i veći
prinosi, bolja zarada, a smanjuju troškovi za energiju koja je neophodna za
zagrevanje i klimatizaciju.
U okviru ovog rada izvršen je proračun toplotnih gubitaka u plasteniku na
osnovu kog se vrši odabir toplotne pumpe, zatim proračun dubina bušotina,
dužina sondi i cevovoda za grejanje plastenika i urađen je 3D virtuelni model
plastenika.
Ključne reči: obnovljivi izvori energije, toplotna pumpa, U-cev, plastenik.
DESIGNING HEATING IN PLASTIC GREENHOUSES USING
HEAT PUMPS
Most countries around the world are faced with a serious lack of energy
or will face it in the near future. High energy consumption and an increase
in population in the world will force us to face with the problem of critical
reduction of domestic supplies of fossil energy sources, as well as food.
Current energy dependence on oil and its derivatives requires considerable
economic costs, and implies to a negative effect on national economies and
the international security situation in the future.
It could be also said that the producing healthy food has big significance
in today’s world. By growing plants in plastic greenhouses, with improved
heating condition, not only the food of better quality is produced, but also
bigger amount of yields are obtained, as well as higher profit. Moreover,
the expenses of energy producing, that is essential for heating and air
conditioning, are reduced.
In this paper the heat loss in a greenhouse, which is a base for selection
of the heat pump, is calculated. Furthermore, the calculation of the depth
of wells is made, as well as the length of the boreholes, pipes for heating
greenhouses, and as an addendum, a 3D virtual model of a greenhouse is
made.
Key words: renewable energy sources, heat pump, U-tube, plastic
greenhouse.
[174]
energija
Slika 1 Tipovi plastenika
A - niski tunel, B - visoki tunel, V - plastenik, G - jednobrodni staklenik (plastenik), D - višebrodni
plastenik, Đ - višebrodni staklenik (plastenik), E - Venlo staklenik
plastenicima. Od ukupne površine
više od 70 % je van upotrebe, na
20 % odvija se proizvodnja na
rubu ekonomske opravdanosti, a na
preostalih 8% (5,2 ha staklenika)
u toku je revitalizacija tehnologije
proizvodnje i grejanja.
2. Tipovi plastenika
Širom sveta primenjuju se brojni
tipovi staklenika/plastenika,
različitih formi, materijala, noseće
konstrukcije, pokrivki i drugog. Na
slici 1. prikazani su tipovi koji su
najviše zastupljeni u našoj zemlji.
Načelno se za konstrukcije - tipove
sa kružnim krovom primenjuju
elastični pokrivni materijali,
folije. Kao pokrivka za tipove sa
ravnim krovovima primenjuju se
kruti materijali kao što su paneli
polikarbonata ili staklo, ali i folije.
Može se uočiti da postoje
konstrukcije sa jednim krovom
- jednobrodne (eng. single span)
i sa više povezanih krovova –
višebrodne konstrukcije (eng. multi
span). Višebrodni se nazivaju i blok
staklenici/plastenici. Povezivanje
više brodova izvodi se sa pregradom
među njima ili bez nje.
Izbor tipa plastenika zavisi od više
faktora. Za proizvodne površine od
oko 400m2 biraju se jednobrodne
konstrukcije, a za veće višebrodne.
Konstrukcije sa ravnim konturama
krova namenjene su za korišćenje
stakla i drugih nesavitljivih pokrivki,
ali može da se koristi i folija. Tipovi
sa zaobljenim krovovima prekrivaju
se isključivo folijama ili savitljivim
panelima. Visina plastenika do
nivoa krova bira se na osnovu visine
gajenih biljaka, uzimajći u obzir i
smeštaj potrebnih instalacija.
Tip grejanja bira se na osnovu
željenog perioda grejanja, odnosno
proizvodnje u stakleniku/plasteniku.
Pre odlučivanja o tipu grejanja treba
razmotriti kolika su dodatna ulaganja
u sistem za grejanje i gorivo. Tip
grejanja utiče i na konstrukciju
staklenika/ plastenika.
150C (slika 2). Putem horizontalnih
postavljenih zemljanih kolektora ili
putem vertikalno ukopanih dubinskih
sondi, akumulirana toplota zemlje
se tečnim hemijskim sredstvom
(npr. propilen-glikol) prenosi do
isparivača toplotne pumpe. Količina
akumulirane i predate toplote u
najvećoj meri zavise od termofizičkih
svojstava tla i od klimatskih uslova
(količina Sunčevog zračenja).
• Horizontalni izmenjivači ili
kolektorska polja se koriste kada
su na raspolaganju veće količine
zemljišta ispod kojeg se mogu
polagati cevi i na kojima se mogu
izvoditi radovi (npr. ruralna
područja). Procenjuje se da je
za porodičnu kuću potrebno oko
500m2 zemljišta, a važi i pravilo
da površina zemljišta (kolektorsko
polje) mora najmanje da bude
duplo veća od površine koju
treba grejati. Cevi izmenjivača se
izrađuju od polimernih materijala
(PE, PP i sl.) i polažu se na
dubinu od 1,2 do 1,5 m ( ispod
granice smrzavanja ), paralelno,
na udaljenosti od 0,3 do 0,7 m,
pri čemu treba znati da za svaki
m2 prostorije koji treba grejati
treba postaviti između 1,5 i 2 m
cevi. Količina toplote koja se tako
može dobiti zavisi od mnogih
činjenica, a među najvažnijim su
osunčanost zemljišta i specifični
toplotni kapacitet tla, pri čemu se
kao najbolje pokazalo glineno tlo.
Prosečni godišnji toplotni učinak
takvog sistema iznosi od 20 do 40
W/m2 kolektorskog polja. Kako
se po pravilu ne mogu postići
temperature radnog fluida veće od
50 °C, takve toplotne pumpe se
koriste samo za nisko-temperaturne
sisteme grejanja (podno grejanje),
3. Toplotne pumpe
Toplotna pumpa predstavlja jedno
od najefikasnijih tehničkih rešenja
za uštedu električne energije pri
dobijanju toplote kao finalnog vida
energije. Osim dobijanja toplote u
grejnoj sezoni, toplotne pumpe služe
i kao rashladne mašine u letnjim
mesecima kada je potrebno vršiti
rashlađivanje prostora. Postoji više
različitih tehnoloških sistema za
dobijanje toplote koristeći toplotne
pumpe. Razlike se odnose uglavnom
na izvor niskotemperaturne toplote,
njen temperaturni nivo, na vrstu
korisnika (industrija, domaćinstva,
trgovina) itd. Primena toplotnih
pumpi se naročito podstiče.
Trenutno se u Evropskoj Uniji
koristi 356.000 toplotnih pumpi koje
imaju instalisani kapacitet od 2,8
GW. Za instalaciju toplotnih pumpi
koje zamenjuju sistem grejanja sa
fosilnim gorivom u Švajcarskoj npr.
država subvencioniše
Slika 2 Porast temperature s dubinom i uticaj
sa 200 €/kWe [2].
Sunčevog zračenja na temperaturu tla
Postoje tri različita
izvora toplotne energije
– spoljašnji vazduh,
zemlja i podzemne
vode. Na osnovu toga
imamo i tri različita
sistema toplotnih
pumpi: vazduh-voda,
zemlja-voda i vodavoda.
Zemlja je vrlo dobar
akumulator Sunčeve
toplote budući da su
temperature na dubini
od 1,2-1,5 metara
tokom cele godine
relativno stalne i
kreću se između 50 i
[175]
energija
• Vertikalni izmenjivači ili toplotne
sonde su naročito prikladni, pa
i neophodni u gusto naseljenim
područjima gde jednostavno nema
raspoloživog zemljišta. Sonde se
polažu na dubini od 30 do 60 m,
a najviše do 100 m, pri čemu je
najčešći materijal izrade polietilen
koji garantuje dobru izmenu toplote
i jednostavno rukovanje, a otporan
je prema uslovima unutar zemlje
(vlaga, pritisak, mikroorganizmi).
U zemlju se najčešće polažu četiri
sonde, jedna do druge, u dve
osnovne konstrukcije: kao dvostruka
U cev, pri čemu kroz jedan krak ulazi
ohlađeni radni medij, a kroz drugi
se u toplotnu pumpu vraća zagrejan,
kao koaksijalne cevi, pri čemu je
unutrašnja od PE i kroz nju struji
hladni radni medij, dok je spoljna
metalna i kroz nju prema toplotnoj
pumpi struji zagrejani medij.
4. Proračun toplotnih
gubitaka, dužina cevi za
grejanje i cevne mreže u
plasteniku
Ukupni toplotni gubici sastoje se od
gubitaka usled odvođenja toplote
kroz zidove i krov plastenika i
gubitaka usled prodora spoljašnjeg
vazduha u plastenik. Krov plastenika
izrađen je od dvoslojne plastične
mase, a prednji i zadnji zid od
pleksiglasa. Pri određivanju osnovnih
dimenzija plastenika sa prirodnom
ventilacijom treba voditi računa da
odnos širine i dužine plastenika ne
bude veći od 1 : 6. U suprotnom,
ne može se ostvariti potrebna
ventilacija. Da bi prirodna ventilacija
bila efikasna, površina otvora mora
da bude 20 ÷ 30 % od površine
osnove objekta.
Potrebe za toplim vazduhom povrća
i cveća su dati u tabeli 1.
Plastenik je sačinjen od noseće
konstukcije (izrađene od
aluminijumskih cevi prečnika 40
mm), vrata (prednjih i zadnjih) i
omotača izrađenog od dvoslojne
plastike. Cevi su raspoređene tako da
se prostor u plasteniku maksimalno
iskoristi za sadnice, a da opet imaju
potrebnu dužinu koja je neophodna
za postizanje zadate temperature. Da
cevi ne bi odavale toplotu tamo gde
to nije potrebno, izolovane su sve do
samog ulaska u plastenik.
Dimenzije plastenika su: širina 12 m,
visina 6 m i dužina 40 m.
Toplotni gubici usled odvođenja
toplote:
gde su: k1 – koeficijent prolaza
toplote za dvoslojnu plastiku pri brini
vetra od 5 km/h iznosi 3,38 W/m2·oC,
A - površina za razmenu toplote
(površina omotača plastenika plus
površina vrata A = A1 + A2 = 867m2)
Δt - srednja razlika temperature
unutrašnjosti plasteniku i okoline
(Δt = 170C).
Toplotni gubici usled prodiranja
spoljašnjeg vazduha su:
gde su: qiz – broj izmena vazduha
po satu u plasteniku (za dvoslojnu
plastiku qiz =0,25 izmena/h), Vzapremina plastenika (V=2260,8 m3).
Ukupni gubici su:
.
Na osnovu proračunatog toplotnog
opterećenja izvršen je odabir toplotne
pumpe tipa zemlja/voda (slika 3).
Dobijeno je da je ηCOP = 5,758. Na
našem tržištu zastupljeni su svi
svetski proizvođači: Buderus, Bosch,
Daikin, Valliant, Rehau, Viessmann i
dr. Proizvođač propisuje nominalnu
snagu toplotne pumpe, koja varira u
zavisnosti od temperature u primaru i
temperature zemlje.
Pri proračunu i projektovanju uzeto
je da se na dno plastenika postavljaju
glatke cevi manjeg prečnika od
polietilena ili polibutilena. One se
postavljaju direktno
na tlo plastenika. Ako
Tabela 1 Temperaturni zahtevi za pojedine useve u
su cevi postavljene
plastenicima
preblizu jedna drugoj
smanjuje se efektivna
površina delovanja, što
dovodi do smanjenja
toplotnog kapaciteta.
Potrebna dužina cevi
nadzemnog grejanja,
da bi se pokrila
toplotna potrošnja,
računa se kao što je
[176]
opisano [6], a može da se dobije se i
na osnovu formule [5]:
gde su:
- prenos toplote po metru
dužine,
- prečnik polibutilenske
cevi (Dc=25,4 mm),
t1, t2, t3 [oC] – temperature u
stakleniku koje su u funkciji pada
temperature, dobavne i srednje
temperature u radnom krugu, kao
i prosečne temperature negrejanih
površina,
F[
] – spoljašnja površina cevi po
jediničnom metru (F=0,105 m2/m).
Celokupni proračun je urađen u
softverskom paketu Mathcad, a da
bi se proračun komercijalizovao
i približio širem krugu korisnika
urađen je i u Excel-u, koji je osnovni
deo paketa Microsoft Office i svima
je dostupan (slika 4). Jednostavnim
unošenjem vrednosti automatski se
dobijaju potrebne vrednosti:
• Toplotnih gubitaka (na osnovu čega
se bira toplotna pumpa),
• Dužina cevovoda koja je potrebna
u plasteniku da bi se dobila
zahtevana temperatura i
• Potrebna dužina sonde (U-cevi) tj.
broj bušotina.
Potrebna dužina cevovoda dobijena
proračunom iznosi 1013 m.
Proračunom je dobijena i dužina
sonde od 724 m, a kako se ne
preporučuje dubina bušotine veća od
100 m, kao najbolje rešenje usvojeno
je 8 bušotina dubine 90,6 m.
Međutim, iz ovako velike potrebne
dužine cevovoda i dužine sonde,
ovakav vid grejanje za sada nije
ekonomičan ni praktičan za hladnije
klimatske uslove [5].
Na osnovu proračuna određene su
dužine cevi, potrebna dubina i broj
bušotina, posle čega je izrađen 3D
model u okviru programskog paketa
Dassault Systemes Catia V5R17. 3D
model sadrži:
• građevinski objekat za smeštaj
toplotne pumpe,
• toplotnu pumpu,
• plastenik,
• sonde (U- cevi sa potrebnom
izolacijom i bušotinama),
• cevovod sa propratnom opremom
(izolacija, ventili, šahta...).
energija
Slika 3 Dijagram pritisak – entalpija za radni fluid R-407C [5]
Delovi sonde koji se nalaze bliže
površini zemlje su izolovani da ne
bi dolazilo do nepotrebnog gubitka
toplote zbog manje temperature
zemlje na toj dubini. Takođe,
prilikom modeliranja građevinskog
objekta vodi se računa da objekat
svojom visinom ne zaklanja upadne
sunčeve zrake. Kako se položaj
Sunca razlikuje od godišnjih doba
(leto–zima) i doba dana, rastojanje
između objekta i plastenika mora
biti 1,5 puta veće od visine samog
objekta, što je eksperimentalno
utvrđeno.
5. Zaključak
Ekonomičnost korišćenja plastenika
obzirom na sistem grejanja (toplotna
pumpa koja koristi toplotu zemlje)
ima prednosti u odnosu na korišćenje
konvencionalnih goriva (ugalj,
Slika 4 Worksheet – Proračun plastenika
mazut). To se ogleda u sledećem:
može se koristiti tokom cele godine,
poboljšava se prinos, kvalitet i modu
se uzgajati više kultura istovremeno.
Srbija ima veoma pogodne prirodne
uslove za razvoj raznovrsne
poljoprivredne proizvodnje. Nalazi
se na najpovoljnijem području
severne geografske širine, sa četiri
godišnja doba i četiri klimatska
područja veoma pogodna za
poljoprivrednu proizvodnju. Naša
zemlja raspolaže sa oko 5.111.000 ha
Slika 5 3D model
[177]
energija
poljoprivredne površine (0,60 ha po
stanovniku), 4.255.000 ha obradive
površine (0,50 ha po stanovniku),
što je iznad standarda zemalja
Evrope. Povećanjem proizvodnje u
plastenicima i staklenicima ne samo
da bi povećala naš izvoz, već bi
smanjila i uvoz u našu zemlju.
Proračun toplotnih gubitaka, dužine
cevovoda i potrebne dužine sondi
(U-cevi) u plasteniku urađen je u
softverskom paketu MathCad, a
zatim i u Excel-u. Po proračunu
nacrtan je 3D model plastenika,
cevi, bušotina, razvodnih ventila i
toplotne pumpe. Uz pomoć ovako
projektovanog proračuna i 3D
modela mogu se na veoma lak
način dobiti neophodni podaci za
projektovanje grejanja plastenika.
6. Literatura
[1.] Heat Pumps Technology And
Environmental Impact, July
2005: Part 1
[2.] V. Šušteršič, M. Babić:
„Geotermalna energija-enegija
prirodnih i veštačkih izvora tople
vode“, monografija, Mašinski
fakultet u Kragujevcu, 2009
[3.] J. Hanova, H. Downlatabadi:
„Strategic GHG reduction
through the use of ground
source heat pump technology“,
Environmental Research Letter.
2 (2007) 044001
[4.] Andrew Chiasson, P.E.:
„Greenhouse heating with
geothermal heat pump systems“,
GHC Bulletin, March 2005
[5.] T. Kurevija, M. Golub:
„Iskorištavanje geotermalnih
ležišta“, Rudarsko-geološko
naftni fakultet, Zavod za naftno
inženjerstvo, Zagreb, 2008
[6.] M. Barać, N. Vitas: „Proračun
razmene toplote geotermalnih
voda Jošaničke banje u
realizaciji pilot-projekta
plastenika“, Institut za
istraživanja i projektovanja u
privredi, Beograd 2009
Radoje Vujadinović, Uroš Karadžić
Univerzitet Crne Gore-Mašinski fakultet Podgorica, Podgorica, Crna Gora
Ljubiša Bošković
SISTEM d.o.o.,Podgorica, Crna Gora
UDC: 662.75:620.9
Obnovljivi izvori
energije kao alternativa
dizel agregatima u
telekomunikacionim
kompanijama
Sažetak
Obnovljivi izvori energije su po prirodi neiscrpni, a njihov negativan
uticaj na životnu sredinu, je praktično zanemarljiv. U ovom trenutku jedino
primjena obnovljivih izvora energije omogućava dalji razvoj energetike uz
istovremeno očuvanje životne sredine.
Sagorijevanjem fosilnih goriva, prevashodno uglja, nafte i prirodnog gasa,
oslobađaju se u atmosferu velike količine ugljen-dioksida (CO2) i drugih
gasova sa efektom staklene bašte. Pomenuti proces je izmijenio sastav
atmosfere, dovodeći do tzv. efekta staklene bašte i globalnog zagrijavanja.
U zemljama razvijenog svijeta se sve češće vrši supstitucija električne
energije dobijene iz fosilnih goriva energijom dobijenom iz obnovljivih izvora
energije. Kako Crna Gora raspolaže značajnim potencijalom sunca i vjetra
to je primijenjeno napredno tehnološko rješenje koje koristi energiju sunca i
vjetra, kako bi se dobila energija neophodna za snabdijevanje baznih stanica
telekomunikacionih kompanija i izbjegla primjena agregata koji sagorijevaju
tečna fosilna goriva emitujući CO2 i druge štetne gasove u atmosferu.
Ključne riječi: obnovljivi izvori energije, dizel agregat, fosilna goriva,
vjetrogenerator, fotonaponski modul, bazne stanice
RENEWABLE ENERGY SOURCE AS AN ALTERNATIVE
TO DIESEL GENERATORS IN TELECOMMUNICATIONS
COMPANIES
Renewable energy sources are inexhaustible in nature, and their negative
impact on the environment, is practically negligible. At this point, only the
application of renewable energy sources allows further energy development
while preserving the environment.
Combustion of fossil fuels, primarily coal, oil and natural gas are released
into the atmosphere large amounts of carbon dioxide (CO2) and other
greenhouse gases. The process in the altered composition of the atmosphere,
leading to the so-called. greenhouse effect and global warming.
In the developed countries are increasingly being substituted is electricity
from fossil fuels with energy derived from renewable energy sources. As
Montenegro has significant potential for solar and wind power is applied to
leading edge technology that uses solar energy and wind power to provide
the energy necessary for the supply of base stations and telecommunications
companies avoid the application of the generating units that burn liquid
fossil fuels are emitting CO2 and other harmful gases atmosphere.
Key words: renewable energy sources, diesel generator, fossil fuel, wind
generator, photovoltaic modules, base stations
1. Uvod
Analiza potencijala obnovljivih
izvora energije pokazuje da ovi
[178]
izvori energije mogu imati značajnu
ulogu u energetskom bilansu Crne
Gore. Međutim, postoji niz prepreka
koje onemogućavaju širu upotrebu
energija
obnovljivih izvora energije u Crnoj
Gori, npr. niske cijene tradicionalnih
energenata i goriva, nedovoljno
investitora zainteresovanih za
ulaganja u pomenute tehnologije,
zatim nepostojanje sveobuhvatne
zakonske osnove kako bi se
promovisala upotreba obnovljivih
izvora energije, i najzad nedovoljno
informisanje javnosti koja nije
upoznata sa mogućnostima
korišćenja obnovljivih izvora
energije. Sa aspekta povraćaja
investiranih sredstava, zapaženo
je da u ovom trenutku, usljed
trenutne niske cijene električne
energije, direktno poređenje između
konvencionalnih i obnovljivih
tehnologija ne ide u prilog korišćenju
obnovljivih izvora energije .
Konkretno za sektor domaćinstava
trenutno ne postoje adekvatne
subvencije niti odgovarajuća poreska
politika koja bi učinila sisteme koje
koriste obnovljive izvore energije
dostupnim prosječnom domaćinstvu.
Naime radi se o savremenim i
relativno skupim tehnologijama koje
se za sektor domaćinstava, kada
se uzmu kao poređenje trenutne
cijene električne energije, vraćaju
kao investicija tek nakon petnaestak
godina.
Iz pomenutih razloga preduzeće
SISTEM d.o.o. je prostor za
implementaciju hibridnih sistema,
koji koriste energiju sunca i vjetra,
vidjela kod napajanja baznih stanica
telekomunikacionih firmi što će
u nastavku biti opširnije opisano
uz navođenje ne samo ekoloških
nego i ekonomskih agrumenata
koje preporučuju ovo savremeno
tehnološko rješenje za intenzivniju
primjenu u ovom sektoru.
2. Energija iz obnovljivih
izvora
Obnovljivi izvori energije su po
definiciji izvori energije koja se
eksploatišu istom brzinom kojom
se i obnavljaju. U obnovljive izvore
energije spadaju: vjetar, sunce,
voda, biomasa i geotermalni izvori.
Trenutno jedino eksploatacija
obnovljivih izvora energije
omogućava dalji razvoj energetike
uz istovremeno očuvanje životne
sredine.
Nasuprot njima sagorijevanjem
fosilnih goriva, prevashodno uglja,
nafte i prirodnog gasa, oslobađaju
se u atmosferu velike količine
ugljen-dioksida (CO2) i drugih
gasova sa efektom staklene bašte.
Pomenuti efekat je promijenio
sastav atmosfere, dovodeći do tzv.
prekomjernog efekta staklene bašte i
globalnog zagrijavanja.
Trend u svijetu je da se kao
alternativa električnoj energiji
dobijenoj iz fosilnih goriva uvodi
supstitucija energijom dobijenom
iz obnovljivih izvora energije.
Eksploatacija energije sunca i vjetra,
iako je u ekspanziji, još uvijek
se smatra alternativnim načinom
proizvodnje energije, što je na
određeni način paradoksalno jer je
tehnologija za korištenje ovih vidova
energije poznata već stotinama
godina. Međutim pojavom jeftinijih
fosilnih goriva pažnja se usmjerila prema neobnovljivim izvorima
energije i obnovljivi izvori energije
gotovo da su pali u zaborav. Danas,
kada cijene fosilnih goriva iz dana
u dan rastu, kada se postavlja
pitanje rezervi tečnih fosilnih
goriva, te globalnom zagrijavanju
izazvanom prekomjernom emisijom
CO2, idealan je trenutak da se
čovječanstvo posveti eksploataciji
energije iz obnovljivih izvora.
2.1 Vjetar kao obnovljivi izvor
energije
Vjetar predstavlja neiscrpan ekološki
izvor energije čiji globalni potencijal
višestruko prevazilazi svjetske
potrebe za električnom energijom.
Ljudska vrsta koristi energiju
vjetra još od davnina. Primjena
energije vjetra seže iz vrijeme
prvih civilizacija, kada se energija
vjetra koristila za pogon čamaca
na rijeci Nil ( 5000 god pr.n.e),
a oko 700 godina prije Hrista, u
današnjem Avganistanu, pojavile
su se prve vjetrenjače koje su se
koristile za mljevenje žita. Tokom
19 vijeka u Sjevernoj Americi bilo
je instalirano na hiljade vjetrenjača,
koje su uglavnom bile korišćene
za pumpanje vode na farmama i
plantažama. Početkom 20 vijeka u
SAD-u masovno su korišćene prve
male vjetrenjače za proizvodnju
električne energije, ali su mnoge
od njih prestale sa radom tokom
tridesetih godina, zbog intenzivnog
proširenja elektrodistributivnog
sistema do najudaljnijih naseljenih
područja.
Proizvodnja električne energije iz
vjetra doživjela je nagli porast tokom
naftne krize početkom 70-ih, ali
je tek 80-ih godina prošlog vijeka
doživjela izuzetan rast primjenom
novih tehnoloških dostignuća.
Od 1980. godine vjetroenergetika
je snažno napredovala, kako u
instalisanoj snazi tako i u obimu
proizvodnje. Iako su prije nekoliko
godina vjetroturbine od 500 kW
bile svojevrsna senzacija, to su
danas vjetroturbine snage od 1.0
do 2.5 MW, s prečnikom rotora od
preko 100 metara, već standardna
rješenja. Na slici 1 prikazan je
kontiniirani porast instalisanih snaga
vjetrogeneratora.
Dakle tokom vjekova vjetrenjače su
evoluirale u sofisticirane i efikasne
uređaje za proizvodnju električne
energije [1]. Posebno zanimljive su
male vjetrenjače izlazne snage od
nekoliko stotina W (vata) jer ih je
moguće iskoristiti i na mjestima gdje
su manje prosječne brzine vjetra,
jer ih pokreće i slabiji vjetar. Osim
toga svojom su cijenom pristupačne
prosječnom kupcu. Vjetrenjače male
snage se koriste na mjestima do kojih
električna mreža nije doprla.
Prilikom postavljanja vjetrenjače
najvažnije je odabrati dobru lokaciju.
Najbolja su otvorena mjesta, bez
Slika 1 Godišnji porast instalisanih snaga vjetroelektrana
[179]
energija
Slika 2 Dijagram zavisnosti proizvodnje vjetrogeneratora od brzine vjetra
prepreka koje bi mogle vjetar
pretvoriti u turbulencije. Ako na
terenu ima drveća, vjetrenjača mora
biti postavljena na većoj visini
od najviše krošnje u radijusu od
najmanje 30 metara.
Konstrukcija savremenog
vjetrogeneratora je projektovana
da izdrže udare vjetra i do 280
km/h. Vjetrogeneratori se grade na
lokacijama na kojima je srednja
godišnja brzina vjetra veća od 6 m/s
(na visini od 50m iznad zemlje).
Jedan vjetrogenerator snage 1MW
može na ovakvoj lokaciji proizvesti
oko 2000 MWh električne energije
godišnje, što je dovoljno da
podmiri potrebe oko 500 prosječnih
četvoročlanim domaćinstava.
2.2 Sunce kao obnovljivi izvor
energije
Sunce je obnovljivi izvor energije
koji je dostupan svim stanovnicima
planete Zemlje. Intenzitet sunčevog
zračenja varira, zavisno od
klimatskog podneblja, ali čak i
u najsjevernijim krajevima koje
naseljavaju ljudi insolacija je
dovoljna da se koristi ovaj oblik
energije [1].
Načelno postoje dva tipa opreme za
eksploataciju energije od sunčevog
zračenja i to:
− solarni kolektori za sanitarnu vodu,
− fotonaponski moduli za generisanje
električne energije.
U Crnoj Gori postoji nešto značajnija
primjena solarnih kolektora za
sanitarnu vodu u primorskoj regiji za
potrebe snadbijevanja toplom vodom
turističkih objekata.
Što se tiče fotonaponskih modula
može se konstatovati da je ovaj
oblik korišćenja energije iz sunca
veoma malo zastupljen. Osnovni
razlog je cijena koštanja ove opreme
i odsustvo adekvatnih subvencija i
poreskih olakšica.
Fotonaponski moduli na jednostavan
i prilično pouzdan način generišu
električnu energiju iz sunčevog
značenja na principu fotonaponskog
efekta (Slika 3). Naravno, količina
energije koju moduli generišu zavisi
od insolacije, a veoma je važna je i
dobra orjentacija tj. položaj modula u
odnosu na Sunce.
Ovako generisana energija najčešće
se koristi za manje potrošače a
eventualni višak električne energije
Slika 3 Fotonaponski efekat konvertuje energiju fotona u napon duž p-n spoja
[180]
se skladišti pomoću baterija pa se
koristi prema potrebi. Korištenje
baterija takođe ima svoje prednosti
- ostajemo nezavisni, a električnu
energiju možemo koristiti bilo kada
i bilo gdje. Osim toga, ako već ne
posjedujemo električni priključak,
cijena spajanja na mrežu biti će
nekoliko puta veća od cijene baterija
i pripadajuće opreme. Solarni
fotonaponski sistemi su idealni za
elektronske uređaje niske potrošnje.
Tu spadaju rasvjeta (štedne sijalice),
TV i audio uređaji, računari,
telekomunikacijski uređaji, kuhinjski
uređaji i kod malo većih sistema
moguće je koristiti hladnjak koji radi
na 12V.
Na udaljenim lokacijama, solarni
fotonaponski moduli mogu biti
jeftinija alternativa proizvodnji
energije iz dizel agregata, naročito
kod napajanja malih električnih
postrojenja u domaćinstvima
ili malih industrijskih jedinica.
Ekonomičnost se zasniva na
bilansu između visokih početnih
troškova solarnog fotonaponskog
sistema i veoma niskih kasnijih
pogonskih troškova u poređenju
sa niskim početnim troškovima
dizel generatora, ali vrlo visokim
troškovima za gorivo i održavanje.
Ovi drugi su naročito visoki ukoliko
je otežan pristup lokaciji (npr. u
planinskim oblastima). Domaćinstva
udaljena od mreže imaju ekonomsku
referentnu tačku u cijeni instaliranja
konekcije mreže i lokacije. Kao
smjernica, ako se kuća nalazi na
udeljenosti većoj od 1 km od najbliže
linije mreže, onda je vjerovatno
jeftinije instalirati fotonaponski
sistem. U pogledu troškova
održavanja, umreženi sistemi
zahtijevaju vrlo malo održavanja, a
uopšteno su i ograničeni jer se mora
osigurati da ploče budu relativno
čiste i da budu što duži period
dana izloženi direktnoj sunčevoj
svjetlosti. Samostalni sistemi (off
grid), tj. oni koji nijesu povezani sa
mrežom, zahtijevaju održavanje na
drugim komponentama sistema, kao
što su baterije, iako su ovi troškovi
relativno minimalni.
Procjena potencijala solarne energije
određenog prostora po pravilu
zahtijeva i zemaljska i satelitska
mjerenja: precizni rezultati mjerenja
na tlu interpoliraju se na osnovu
podataka dobijenih satelitskim
mjerenjima u širokom opsegu, u
cilju što bolje procjene distribucije
sunčevog zračenja na čitavoj teritoriji
koja je predmet razmatranja (proces
korelacije). U Crnoj Gori trenutno
energija
Slika 4 Mapa solarnog potencijala u Evropi
nijesu dostupni pouzdani podaci
dobijeni mjerenjima na tlu, pa je
stvaranje solarnih mapa zasnovano
samo na satelitskim podacima.
Sa slike 4 se može uočiti da ukoliko
su solarni sistemi postavljeni na
pogodnim lokacijama u državama
kao što su Španija, Malta, jug Turske
itd. mogu proizvesti dvostruko
više električne energije nego
sjevernije zemlje (Škotska, Rusija,
Skandinavske zemlje, itd.)
Crna Gora posjeduje veliki potencijal
za uvođenje sistema za korišćenje
solarne energije, budući da broj
časova sijanja sunca (insolacija)
iznosi preko 2.000 časova godišnje
za veći dio teritorije Crne Gore i
više od 2.500 časova godišnje duž
morske obale [2]. Količina sunčevog
zračenja u Crnoj Gori, posebno u
priobalnom i centralnom području,
može se uporediti sa količinom
sunčevog zračenja u Grčkoj ili Južnoj
Italiji. Tačnije, Podgorica ima veću
godišnju količinu solarne energije
(1602 kWh/m2) u odnosu na druge
gradove Jugoistočne Evrope (kao
što su Rim ili Atina). Ova vrijednost
je veća nego u većini evropskih
zemalja, ali je kod nas solarni
potencijal sasvim neiskorišćen.
Intezivno korišćenje solarne energije
zavisi od sprovođenja nacionalnog
programa valorizacije potencijala
obnovljivih izvora energije.
3. Napajanje baznih stanica
telekomunikacionih
kompanija
Na globalnom nivou raste potražnja
za telekomunikacionim uslugama
širom svijeta, što je posebno izraženo
u zemljama u razvoju. Međutim,
na ovim područjima često nijesu u
stanju da obezbijede čistu i pouzdanu
električnu energiju koju zahtijeva
savremena telekomunikaciona
oprema. Telekomunikacione
kompanije na planinskim vrhovima
su instalirale bazne stanice za
emitovanje signala mobilne telefonije
na određenoj teritoriji. Ove stanice
se u značajnom broju slučajeva
napajaju pomoću dizel generatora
(prosječne nominalne snage oko 10
KW). To zahtijeva dodatne mjesečne
obilaske ekipa koje dolivaju gorivo
u rezervoare i održavaju agregate.
Druga alternativa napajanja je iz
postojeće distributivne mreže koja je
o relativno lošem stanju i dolazi do
čestih ispada i prestanka napajanja
električnom energijom.
Bazne stanice zahtijevaju
kontinuirano napajanje električnom
energijom, te se kao podrška radu
dizel agregata gotovo obavezno
instaliraju u sistem i baterije u
kojima se akumulira određena
količina električne energije. Troškovi
održavanje ovakvih baznih stanica
su visoki, ne samo zbog cijene
dizel goriva, cijene motornog ulja
[181]
i antifriza, ljudstva i kvarova na
dizel agregatima, već i zbog po
pravilu lošeg i nepristupačnog
puta, udaljenosti od mjesta polaska
inženjera i tehničara, amortizacije
terenskih vozila značajne nabavne
cijene, utroška pogonskog goriva
istih koja svakodnevno dopremaju
dizel gorivo na pojedine lokacije.
Iz tog razloga dizel agregati se
opremaju sa rezervoarima velikih
zapremina (i preko 500 l), koji su sa
nastankom globalne ekonomske krize
postale sve češća meta provalnika,
koji osim krađe goriva, posežu i za
krađom agregata u cjelini.
Ovakvi sistemi napajanja baznih
stanica obično imaju u sastavu i
određen broj baterija koje se pune
u toku rada agregata i koje napajaju
stanicu u periodu kada automatika
isključi agregat. Baterije obično
imaju oko 1000 ciklusa (punjenja
i pražnjenja), što u praksi iznosi
oko 3 godine kada je ove baterije
neophodno zamijeniti. Tu se
pojavljuje i problem odlaganja ovih
baterija kao otpada.
Primjer: Bazna stanica čija je potreba
potrošača za električnom energijom
oko 1,7 KW/h, se napaja pomoću dva
dizel agregata nominalne snage 10
kW i osam baterija. Cijena sistema za
napajanje jedne ovakve bazne stanice
koji obuhvata dva dizel agregata sa
rezervoarom i baterijskim zalihama
u prosjeku iznosi oko 20.000 EUR.
Ova dva agregata rade oko 13 časova
dnevno dok se ostatak dana potrošači
snabdijevaju energijom iz baterija.
Specifična potrošnja jednog agregata
iznosi oko 1,7 l/h, to na godišnjem
nivou dovodi do potrošnje oko 8000
l dizel goriva za napajanje bazne
stanice. navedenoj potrošnji dizel
goriva odgovora emisija oko 21500
kg CO2 godišnje. Ovoj potrošnji
goriva odnosno emisiji CO2 treba
dodati i onu koja nastaje u vozilima
koja obilaze baznu stanicu radi
dosipanja goriva u rezervoar i
održavanja agregata.
Dizel agregati prve godine rade u
prosjeku oko 12 h, ali sa slabljenjem
baterija druge godine u prosjeku
rade oko 15 časova i treće godine
oko 20 časova dnevno. Agregate je
neophodno periodično generalno
remontovati, a poslije oko 6 godina
neophodna je njihova zamjena.
Osim inicijalnih troškova izgradnje
sistema za napajanje bazne stanice,
te troškova pogonskog goriva, ličnih
dohodaka zaposlenima kojima je
ovo posao, putnih troškova ekipe,
sredstva za amortizaciju terenskih
vozila, a mora se uzeti u obzir i
energija
dodatna mobilnost i doprinos ovih
vozila saobraćajnim gužvama,
doprinos emisijama štetnih gasova
od ovih vozila i samog agregata
i td. Važno je napomenujti da se
značajan broj baznih stanica nalazi
na prostoru nacionalnih parkova
gdje predstavljaju izvor buke i
emisije štetnih izduvnih gasova.
Sagledavanjem svih troškova koji
nastaju u toku jedne godine na
navedenoj baznoj stanici dolazi se do
orjentacionog podatka od oko 17.000
EUR.
Prema podacima norveške kompanije
Eltek Valere za 2010. godinu, u
svijetu postoji oko 400.000 dizel
agregata koji napajaju bazne stanice
telekomunikacionih kompanija
[8]. Uzimajući u obzir orjentacione
vrijednosti potrošnje dizela agregata
dolazi se do podataka da se svakog
časa na planeti zemlji u ove svrhe
potroši oko 400 t dizel goriva i
oslobodi oko 1300 t CO2. Prevodeći
ove brojke na godišnji nivo dobijaju
se zabrinjavajući podaci koji
ukazuju na neophodnost uvođenja
obnovljivih izvora energije u ovu
oblast.
4. Alternativno napajanje
baznih stanica pomoću
energije iz obnovljivih
izvora
Imajući u vidu sve negativne
aspekte primjene dizel generatora
kao izvora napajanja baznih stanica
pristupilo se uvođenju alternativnih
izvora napajanja i u Crnoj Gori.
Prethodne činjenice su podstakle
firmu SISTEM d.o.o. iz Podgorice da
telekomunikacionim kompanijama
ponudi kao alternativu napajanje
baznih stanica hibridnim sistemima
koji će koristiti energiju dobijenu
iz oba izvora tj. sunca i vjetra.
Meteorološki uslovi Crne Gore prate
tipični evropski model. Sunčeva
insolacija i jačina vjetra prate opšti
anti-korelacioni obrazac; jaka ljetnja
insolacija se podudara sa slabim
vjetrovima, a slabo zimsko sunce
se podudara sa jačim vjetrovima.
S obzirom da su ta dva izvora
napajanja komplementarni jedan
drugom (dopunjuju se), kombinacija
solarne i energije vjetra je stoga
privlačna jer nudi pouzdan izvor
napajanja.
Na osnovu potreba za energijom
za pojedinu baznu stanicu, kao i
raspoloživih potencijala sunca i
vjetra za istu, vrši se dimenzionisanje
sistema. Ovo podrazumijeva
prikupljanje podataka o brzini vjetra
i insolaciji za datu lokaciju. Na
Slika 5 Dijagram insolacije
Slika 6 Dijagram brzine vjetra
slikama 5 i 6 prikazani su izgledi
dijagrama za određenu lokaciju.
Na osnovu raspoloživog potencijala
energije koja se na datoj lokaciji
može dobiti iz sunca i vjetra vrši se
izbor vjetrogeneratora odgovarajuće
snage i određivanje broja panela.
Kao rezerva za situacije kada nije
moguće proizvoditi električnu
energiju niti iz jednog od dva izvora,
konfiguraciji se pridružuje određen
broj baterija za akumulaciju energije.
Na slici 7 vidimo izgled jednog
implementiranog hibridnog sistema
koji napaja baznu stanicu energijom
iz obnovljivih izvora sunca i vjetra.
Ovaj sistem ima mogućnost
daljinskog očitavanja stanja baterija
Slika 7 Hibridni sistem za napajane bazne stanice na lokaciji Krivošije (T-MOBILE)[4]
[182]
energija
Slika 8 Prikaz baterija za akumulaciju
električne energije
Slika 9 Izgled ormara sa elektronskim
komponentama i kontrolerom
za daljinski nadzor
i punjenja od strane pojedinih izvora
(Slika 9) što smanjuje potrebu za
mobilnošću i redovnim obilascima
lica zaduženih za održavanje
sistema napajanja baznih stanica.
Pri dobro dimenzionisanom sistemu
za napajanje održavanje se svodi na
rutinski obilazak i kontrolu na licu
mjesta jednom godišnje [6]. Ovo
je posebno značajan segment koji
je preporučio ovakvo rješenje za
primjenu jer su troškovi održavanja
takvi da intenzivno pomažu u
skraćenju perioda otplate ovakve
investicije.
Hibridni sistem koji bi zamijenio
sistem od dva dizel agregata iz
prethodnog poglavlja košta oko
95.000 EUR sa uračunatim porezom
na dodatu vrijednost. Imajući u
vidu da navedeni sistem sa dizel
agregatima košta oko 20.000 EUR,
ostaje da se razmatra razlika od oko
75.000 EUR. Kada se uzmu postojeći
godišnji troškovi održavanja od
oko 17.000 EUR dolazi se do
podatka da se ovakva investicija
telekomunikacionoj kompaniji vraća
za period od oko 5 godina.
Nije zanemarljiva ni marketinška
mogućnost koja se pruža kompaniji
koja je ugradila ovakav sistem, jer
se na taj način najbolje pokazuje
društvena odgovornost kompanije i
odnos prema životnoj sredini.
Svakako da su izuzetno značajni
pozitivni ekološki efekti koji se
ogledaju u supstituciji dizel goriva sa
energijom dobijenom iz obnovljivih
izvora, dakle smanjenjem emisije
CO2 i drugih toksičnih komponenti
izduvne emisije kao i buke koju
emituju dizel agregati.
Veoma je bitno navesti sljedeće
činjenice:
− Cijena goriva i električne
energije rastu iz godine u godinu,
a navedeni hibridni sistem
pruža mogućnost energetske
nezavisnosti,
− Ekonomska opravdanost je
neosporna u slučajevima izgradnje
nove mreže i trafostanice za baznu
stanicu; napajanja isključivo
pomoću agregata i napajanja iz
nepouzdane mreže
− Alternativni hibridni sistem
se kontroliše iz kancelarije i
zahtijeva minimalno održavanje
što pruža mogućnost smanjenja
osoblja i vozila angažovanih na
ovim poslovima što nije dato u
proračunu i doprinosi ekonomskoj
opravdanosti
− Telekomunikacione kompanije
kroz niz aktivnosti i projekata
pokazuju visok nivo društvene
odgovornosti tako da ovakvi
projekti pružaju izvrsne
mogućnosti u tom pravcu,
jer održivi razvoj, primjena
obnovljivih izvora energija i
smanjenje emisije CO2 su prioriteti
EU pa i Crne Gore kao države koja
želi da postane njen dio!
U Crnoj Gori postoje tri
telekomunikacione kompanije
(Telenor, T-Mobile, M-Tel)
koje godišnje troše oko 150.000
litara dizel goriva za pogon dizel
generatora koji napajaju bazne
stanice. Ovo predstavlja godišnju
potrošnju energije od 5,5 TJ,
odnosno emisiju od oko 410 tona
CO2. Kako se radi o inostranim
kompanijama koje imaju potrebu za
praćenje svjetskih trendova, to su sve
tri kompanije primijenile obnovljive
izvore energije za napajanje
pojedinih baznih stanica.
[183]
5. Zaključak
Klimatske promjene predstavljaju
jedan od najozbiljnijih problema
čovječanstva. Antropogeni ugljendioksid nastao sagorijevanjem
fosilnih goriva je označen kao jedan
od najvećih krivaca za ovu pojavu.
Pored drumskog saobraćaja koji
je dominanantan izvor ove emisije
svakako da nije zanemarljiv ni
doprinos stacionarnih izvora kao što
su dizel agregati.
Ovaj rad predstavlja primjenu dobre
prakse iz razvijenih zemalja svijeta
i iskorišćenje značajnih potencijala
obnovljivih izvora energije kojom
raspolaže Crna Gora. Dakle
prikazana je primjena savremenih
tehnologija koje kao rezultat daju
smanjenje potrošnje fosilnih goriva,
manju emisiju CO2 i drugih toksičnih
komponenti koje nastaju u procesu
sagorijevanja.
Dakle prema potrebi potrošača na
baznoj stanici i potencijalu lokacije
vrši se izbor sange vjetrogeneratora,
broja i snage fotonaponskih modula,
kao i broja i kapaciteta baterija, a sve
u cilju obezbeđivanja pouzdanog tj.
neprekidnog napajanja bazne stanice
električnom energijom, uz minimalan
uticaj na životnu sredinu.
Veoma je bitno što je ovo
rješenje i ekonomski isplativo za
telekomunikacione kompanije
što stvara preduslove za aktivniju
implementaciju na većem broju
lokacija.
6. Literatura
1. Bruno Motik: Zelena energija,
Zelena mreža aktivističkih grupa,
Zagreb, 2005
2. Procjena potencijala obnovljivih
izvora energije u Republici Crnoj
Gori-Sažeti prikaz procjene
energetskog i potencijala vjetra,
sunčevog zračenja i biomaseMinistarstvo za zaštitu životne
sredine, kopna i mora Republike
Italije, CETMA, februar 2007.
3. Glavni projekat: Hibridni sistem
za napajanje ripitera u kanjonu
Platije instalisane snage 1,7 KW,
Investitor: TELENOR, Projektant
i izvođač radova SISTEM d.o.o.Podgorica, 2009
4. Glavni projekat: Hibridni sistem
za napajanje bazne stanice na
lokaciji Krivošije instalisane snage
6,5 KW, Investitor: T-MOBILE,
energija
Projektant i izvođač radova
SISTEM d.o.o.&POWER OASIS,
2009.
5. Glavni projekat: Hibridni sistem
za napajanje ripitera u kanjonu
Platije instalisane snage 2,4 KW,
Investitor: M-TEL, Projektant i
izvođač radova SISTEM d.o.o.Podgorica, 2010
6. Ljubiša Bošković: Održavanje
sistema za napajanje
telekomunikacionih baznih
stanica, KOD- 2010, Ulcinj 2010.
7. Radoje Vujadinović, Ljubiša
Bošković, Uroš Karadžić:
Primjena obnovljivih
izvora energije u sektoru
telekomunikacija, II Međunarodni
Kongres “Inženjerstvo, ekologija i
materijali u procesnoj industriji”
Jahorina, 2011.
8. ELTEK VALERE HYBRID
SOLUTIONS-MAXIMIZE THE
POWER OF RENEWABLES
(www.eltekvalere.com)
9. www.sistem-mne.com
Adriana Sida MANEA, Eugen DOBANDA, Daniel Catalin STROITA
“Politehnica” University of Timisoara, Timisoara, ROMANIA
UDC: 621.311.24 (498)
Wind turbine for individual
sites
Abstract
Romania has the greatest potential for wind power in Central and Eastern
Europe. Recovery potential is much less practical than theoretical, and
depends on land use and energy market conditions. The paper discusses the
correlation between the wind speed and the dimensions of the wind turbines
of small power used for individual isolated consumers.
1. Introduction
In Romania the wind potential is
about 14000 MW installed power
which can provide an amount of
23000 GWh/year. Those values are
an estimation of the theoretical wind
potential and can be used correlated
with the technical and economical
exploiting.
The evaluating of the wind potential
was made starting from the following
considerations:
- wind velocities in Romania are
closed to the other countries from
the European Union;
- Romanian wind market must be
integrated in the European wind
market.
The electrical energy produced
from wind sources assured in 2010
an amount of 1.6 % from the brut
electrical energy consumption.
2. Wind parameters
measuring with
meteorological towers
For the 10 towers installed in CarasSeverin County are obtained the
following data:
- the wind velocity at 3 heights:
50 m, 30 m and 20 m;
- the wind direction at 30 m and
50 m;
- the relative air humidity;
[184]
- air temperature;
- atmospheric pressure.
The data basis doesn’t permit the
evaluation of vertical components
neither of bumpiness nor of
turbulence. The data considered
less feasible can be identified
and eliminated through statistical
analysis. For the information
concentration are used the
approximation models accepted by
the International Electro-technical
Commission.
The international norms accept for
the boundary layer the logarithmical
or exponential wind velocity profile.
(1)
zr is the reference data.
In fig. 1, 2, 3 are presented the wind
frequencies for the 3 heights, in fig.
4, 5 the wind direction and in fig. 6,
the boundary layer exponent.
3. Defining main
parameters of the
turbine
Based on previous meteorological
considerations, we decided to take
into account a wind turbine adequate
to this situation.
So, we will consider a horizontal
energija
Fig. 1. The wind frequency for h=50 m
Fig. 2. The wind frequency for h=30 m
Fig. 3. The wind frequency for h=20 m
Fig. 4. The wind direction for 7 august 2009
Fig. 5. The wind direction for 31 august 2009
Fig. 6. The boundary layer exponent for august 2009
wind turbine having a nominal power
of 5 kW, at a nominal wind velocity
of 5.5 m/s.
The number of the blades is 3 and
the nominal speed is 56 rev/min.
In fig.7. is presented the general view
of the turbine.
with x = r/rp (rp = 4 m and r – the
current radius),
c) to have a polynomial distribution
of the local charge:
4. The design principles of
the blade
The blades are designed of such
mater that they could realize the
optimum criteria, as follows:
a) to realize the nominal power,
b) to have a parabolic distribution of
the local charge on each radius:
with d = Δpgl
.
In previous equations, the
coefficients are considered of such a
matter to realize the desired optimum
criteria: in the case a. – to realize
the nominal power, in the cases b.
and. c. – to realize the same load of
the blade as in the case of the global
load.
In fig. 8. is presented the circulation
around the blade.
(2)
Table 1. Synthetic values of the blades
(3)
[185]
In table 1 are presented the values
of the circulations and the powers
obtained for the three variants.
Despite the differences between
the energetic values both global
and local, as is shown in table 1
and in fig. 8, the geometries of the
characteristic profiles at different
radii has almost identical values as is
shown in fig. 9, 10 and 11.
In fig. 12 are presented the variations
energija
In
are presented the
aerodynamic profiles (of NACA four
digits type) and the assembly of the
blades, for each variant.
Fig.7. The main view of the turbine
5. Conclusions
- The zone analyzed in this paper is
characterized through small wind
velocities, the mean value being 5.5
m/s.
- The wind direction and the velocity
are fluctuant in time and are very
hard to find the optimum shape of
wind turbine’s blade.
- The possible variants of wind
turbines suitable for this zone
are with small powers and for
individual sites.
- The paper presents possible wind
blades suitable for small power
wind turbines calculated through
the energetic characteristics.
References
[1] T. Burton, Wind Energy
Handbook, John Wiley & Sons,
LTD, New York, 2001.
[2] P. Gipe, Testing the Power
Curves of Small Wind Turbines,
http://www .wind-works.org
2003.
Fig. 9. The variation of asymptotic angle along the radius
Fig.10. The variation of the maximum relative camber along
Fig.11. The variation of the maximum relative camber position along the radius
Fig.12. The lift coefficient variation
of the lift coefficient along the
radius for the three cases. From the
figure, results that cases a. and b.
offer reasonable lift coefficients and
the case b. offers a more uniform
distribution of this coefficient.
[186]
[3] A. Bej, Turbine de vant, Ed.
Politehnica, Timisoara, 2003.
energija
Fig. 13.a. The profiles for the “b” type blade
Fig. 13.b. The assembly for the “b” type blade
[4] A. Bej, Fr. Gyulai , Preocupări
în zona banatului pentru două
domenii ale energeticii eoliene,
Buletinul AGIR nr. 3/2007.
[5] *** Wind turbine generator
systems CEI/IEC 1400-2, 1996.
[187]
energija
Срђан Суботић, Дејана Поповић-Миловановић, Бранислав Ђукић,
Драган Балкоски
ЈП Електромрежа Србије
UDC: 621.313.12 : 621.316.9.001.12
Интеграција
ветрогенератора у
преносни систем
Увод
Интеграција ветрогенератора
у преносни систем представља
тренутно најважније техничко
питање које се разматра у ЈП
ЕМС. Неколико је узрока за овакву
тврдњу:
1) Ветрогенератори представљају
неуправљиву производњу,
односно могуће је вршити
само смањивање производње у
односу на тренутни потенцијал
ветра у случају поремећаја, a у
складу са прописима из области
енергетике.
2) Прогноза производње
ветрогенератора је сложена.
Метеоролошке станице у
нашој земљи опремљене су
за мерење ветра на висинама
од 10 до 25 метара, док
ветрогенератори користе ветар
на висинама од 60 до 100
метара. Дакле, за прогнозу
ветра морају се користити
програмски пакети који ће
извршити прерачунавање,
чиме се губи на тачности.
Друго, снага ветрогенератора
пропорционална је трећем
степену брзине ветра, што
значи да се свака нетачност
у прогнози ветра значајно
одражава на одступање
реализоване производње у
односу на планирану.
3) Постоји интерес да се
интегрише велика снага. До
сада је поднето захтева за
мишљење оператора преносног
система о могућностима и
условима прикључења на
преносни систем за преко 2500
MW, а енергетску дозволу је
Сажетак
Интеграција ветрогенератора у преносни систем представља
тренутно најважније техничко питање које се разматра у ЈП ЕМС.
Основни проблем који је потребно решити је одредити максималну
сумарну инсталисану снагу ветрогенератора на нивоу регона и на нивоу
система као целине, а да се при томе очува сигурност рада преносног
система.
Кључне речи: интеграција ветрогенератора, максимална инсталисана
снага .
Abstract
At the moment, the integration of wind power is the most significant technical
issue to be reoconsired by JP EMS. Basic problem is the determination of
the maximal installed power in wind parks on a regional level and within an
entire transmission system, holding the security of the system operation.
Key words: wind power integration, maximal installed power.
до краја 2010. године добило 5
ветроелектрана (у даљем тексту
ВЕ) укупне снаге 1135,5 MW.
Основни проблем који је потребно
решити у склопу интеграције
ВЕ је сигурност рада преносног
система. Овде треба имати у
виду следеће ограничавајуће
факторе по питању регулације
нашег ЕЕС: 1) неповољан однос
између снаге највеће генераторске
јединице и укупне инсталисане
снаге 2) непостојање секундарне
регулације на термоелектранама
3) ниска цена електричне
енергије и системских услуга 4)
немогућност снабдевача тарифних
купаца да ефикасно тргује.
Такође, треба додати да сходно
правилима о раду интерконекције
тренутно није могуће вршити
прекограничну размену енергије
у довољно кратким роковима.
За овакве околности усвојена је
методологија за интеграцију ВЕ
[188]
у преносни систем која ће бити
представљена у овом раду.
Постојећа правила везана за
регулацију
Регулација фреквенције и
снаге размене у принципу је
уређена правилима о раду
интерконекције. Три су степена
регулације: примарна, секундарна
и терцијарна. За интеграцију
ВЕ од интереса су секундарна и
терцијарна регулација.
Секундарна регулација
подразумева дејство на референтне
улазе турбинских регулатора у
циљу елиминације стационарног
одступања учестаности и
одступања снаге размене. Резерва
активне снаге у секундарној
регулацији за регулациону
израчунава се на основу формуле:
(1)
при чему је: Lmax–максимално
планирано оптерећење у
energija
разматраном периоду, док су a и
b коефицијенти чије су вредности
емпиријски одређене (a =10 MW, b
=150 MW).
За наш систем ова вредност
се креће од 110 MW у летњим
месецима до 160 MW у зимском
периоду. Процена ЈП ЕМС је
да ће се услед интеграције ВЕ
секундарна резерва интензивније
користити, а можда ће у неком
тренутку бити неопходно и подићи
износе ове резерве.
Терцијарна регулација је процес
који се суперпонира на примарну
и секундарну регулацију са циљем
да се ослободи опсег секундарне
регулације. По најновијим
ЕНТСО-Е правилима терцијарна
резерва је подељена на директну
(брза, 15-минутна) и програмску
(спора). У прву групу спадају
хидроелектране и термоагрегати
који су у погону. У другу групу
спадају термоаграгати у резерви и
прекогранична размена електричне
енергије. При томе важе следеће
релације: 1) укупна терцијарна
резерва мора бити већа од снаге
највеће генераторске јединице
(600 MW) 2) збир секундарне
и директне терцијарне резерве
мора бити већи од снаге највеће
генераторске јединице. Није
тешко закључити да су ова
правила врло неповољна за мале
системе са великим генераторским
јединицама. Применом ових
релација за наш систем је усвојено
да је потребно обезбедити 450 MW
за позитивну директну терцијарну
резерву (повећање производње,
односно смањење потрошње), а
такође и 150 MW за негативну
терцијарну резерву. Управо је
могућност обезбеђивања директне
терцијарне резерве једно од
основних ограничења приликом
интеграције ВЕ, о чему ће бити
речи нешто касније.
Квалитет регулације у 2010.
години
Први показатељи који
квантитативно осликавају
проблеме интеграције ВЕ у наш
систем дати су табелама 1 и 2. У
табели 1 види се да је квалитет
секундарне регулације тренутно
лош. Првенствени узрок за то
је неповољна хидрологија због
које је често истовремено била
нерасположива секундарна
регулација у свим проточним
хидроелектранама, услед врло
високих дотока и прелива. Све ово
указује да нам већ сада неостаје
могућност рада термоагрегата у
овој врсти регулације.
Са друге стране, у табели 2 су
приказани подаци о необезбеђеној
директној терцијарној позитивној
резерви. Видимо да је и ту
ситуација била лоша, а да је
посебно критично било у августу
и септембру. Хаваријски режими
избегавани су увозом хаваријске
енергије. Овакво стање се може
превазићи само заокруживањем
постојећих тржишних
механизама – увођењем балансне
финансијске одговорности
корисника преносног система,
краћим роковима за размену
Табела 1 Квалитет секундарне регулације у 2010.
Табела 2 Необезбеђена директна терцијарна позитивна резерва у 2010.
[189]
хаваријске енергије, даљим
развојем механизама за алокацију
прекограничних капацитета,
увођењем берзе, подизањем
цене електричне енергије и
регулационих капацитета на
реалнији ниво.
Методологија за интеграцију
ветрогенератора
Може се рећи да се интеграција
ВЕ може разматрати на три нивоа.
Први је локални ниво, при чему
се првенствено решава начин и
место прикључења, и одређују
неопходна појачања у преносној
мрежи, али и реконструкције
(замена опреме) суседних објеката
услед пораста струја кратких
спојева. Други је регионални
ниво, и ту као се као ограничење
може узети тзв. пролазак ВЕ
кроз квар и саме карактеристике
ветра. За оба ова нивоа потребно
је усвојити критеријум повезан са
тренутно постојећом терцијарном
директном резервом, која се у
постојећим околностима не може
увећати. Трећи је системски
ниво, где је ограничење повезано
са могућностима потискивања
термоагрегата од стране ВЕ,
при чему се мора очувати
неопходан капацитет за резерву
и регулацију напона. При томе
важи да је укупна снага која
се може интегрисати на нивоу
система мања је од збира снага
по регионима, а снага једног
региона је мања од збира снага у
појединим тачкама прикључења.
Одређивање места
прикључења и појачања у
мрежи
Први корак у интеграцији ВЕ је
одређивање места прикључења. Да
би се олакшале анализе, преносни
систем је подељен у 6 региона,
што је приказано на слици бр. 1. У
истом региону налазе се ВЕ чије
је прикључење, односно будући
погон од међусобног утицаја. Као
што се може видети, највећи број
ВЕ планиран је у региону јужног
Баната.
Одређивање места прикључења
ВЕ се не разликује много од
поступка за било који други
објекат. За почетак, бира се
оптимално решење са становишта
трошкова прикључења. За ово
место прикључења одређују се
потом критични режими рада на
којима ће се испитати испуњеност
критеријума сигурности (у студији
су сагледавани зимски врх у
energija
Слика 1 Прeглед локација пројеката ВЕ
Слика 2
Прикључење ВЕ у јужном Банату
19:30, летњи врх у 10:30 са обе
пумпе у РХЕ Б. Башта и летњи
мининум у 3:30, и све то са и
без оптерећења кабла Италија
– Црна Гора у износу од 1000
MW). Наравно, при томе се узима
у обзир перспективна мрежа за
предвиђени рок прикључења,
у складу са плановима развоја.
Уколико услови сигурности
нису испуњени, сагледавају се
појачања у мрежи (изградња нових
[190]
или реконструкција постојећих
преносних капацитета), односно
промена места прикључења. На
крају се усваја оптимално техноекономско решење. Осим тога,
са становишта струја кратких
спојева, сагледава се да ли постоји
потреба за заменом опреме у
постојећим објектима.
Оно што је особеност ВЕ у
односу на друге производне
објекте је вероватноћа да објекат
производи са максималном снагом
у критичном режиму рада и у
тренутку критичног испада. У
неколико случајева, приликом ових
анализа, дошло се до закључка
да је примена само критеријума
сигурности даје скупа решења,
и да је смислено урадити и
прорачуне поузданости. Међутим,
да би се ово могло применити,
неопходно је допунити Правила о
раду преносног система.
Први корак је дао места
прикључења која су приказана
на сликама 2-4, као и изградњу
следећих објеката због неопходних
појачања преносног система
(изoстављамо модификације
типа улаз-излаз које се виде на
приложеним сликама):
- ДВ110 kV Бела Црква – В.
Градиште,
- ДВ110 kV В. Градиште – Рудник
Ковин,
- ДВ110 kV В. Градиште – ВЕ
Голубац,
- ДВ110 kV ВЕ Голубац –
Нересница,
- ДВ110 kV Босилеград – ВЕ
Варденик
- ДВ 400 kV ТС Панчево 2 – ТС
Београд 20
- ТС 400/110 kV која ће се по
систему улаз-излаз прикључити
на нови двоструки далековод
Панчево 2 – Решица (Румунија)
Осим тога, неопходно је и
реконструисати далеководе
110 kV Панчево 2 – Алибунар
и Смедерево 1 – Смедерево 2
(повећање пресека проводника тј.
преносног капацитета).
Потребно је нагласити да се може
догодити да појава пројеката нових
ВЕ утиче на првобитно изражене
жеље инвеститора, претходно
израђене анализе и донете
закључке. Тако је, на пример,
ВЕ Бела Анта преусмерена на
прикључак на 220 kV, а ВЕ Вршка
Чука на 400 kV.
Међутим, ни ту није крај приче.
energija
Слика 3 Прикључење ВЕ у централној Србији
Сама реализација прикључења
наведених ВЕ може одступити
од решења датих у студији из
којих су преузети ови резултати.
Много тога зависи од редоследа
прикључивања (ЕМС је у
обавези да узме у обзир само
претходно закључене уговоре
о прикључењу) и уговорених
снага ВЕ (консултанти сматрају
да су тренутно пријављене снаге
нереално високе).
На крају овог одељка, наведимо
да поједини оператори преносног
система ограничавају максималну
снагу која се може прикључити
у једној тачки. Наводимо пример
емпиријске формуле која се
користи у Шпанији:
PVEmax =Scc50%/20
(2)
при чему је Scc50% снага трополног
кратког споја која се јавља на
месту прикључења са 50%
вероватноће. Ова методологија
даје мање инсталисане снаге од
методологије коју користи ЈП
ЕМС.
Максимална интеграција
ветрогенератора на нивоу
области
Два су апспекта који ограничавају
максималну интеграцију на
нивоу региона: 1)
Слика 4 Прикључење ВЕ у југоисточној Србији
промене ветра које
погађају у кратком
интервалу више ВЕ
2) способност ВЕ за
пролазак кроз квар.
Оба ова критеријума
условљена
су претходно
објашњеном
негативном
карактеристиком
нашег система
да се не може
обезбедити већа
директна терцијарна
резерва од тренутно
[191]
постојеће, па се зато на нивоу
једне области не може интегрисати
више од 600 MW.
За ЕЕС критичан је режим када
ВЕ у једном региону имају
максималну производњу, а онда
дође до појачања ветра које
узрокује њихов испад из погона.
ЈП ЕМС је контактирао РХМЗ,
али они на располагању имају
мерења у недовољном броју тачака
и на неодговарајућој висини.
Међутим, на основу географског
критеријума, за једну област
може се усвојити део региона
јужног Баната источно, односно
западно од Делиблатске пешчаре.
У источној области су пријављена
4 пројекта укупне снаге око 750
MW, а у западној такође 4 објекта,
укупне снаге око 950 MW. У
будућности се можемо надати
да ћемо након изградње првих
ВЕ добити тачне податке о ветру
на основу којих би на егзактан
начин могли да формулишемо овај
критеријум.
На слици 5 приказан је тренутни
захтев у Шпанији који се
испоставља пред ВЕ по питању
проласка кроз квар. За осенчену
област, ВЕ би требало да остане
у погону. Потребно је нагласити
да оператори преносних система
у Европи имају доста пробема
са овом особеношћу ВЕ. Зато би
било примерено да ЕМС усвоји
да се на планском нивоу сматра да
у случају пропада напона испод
25% номиналне вредности у
случају трополног кратког споја
сигурно долази до испада ВЕ.
Ако се ово узме у обзир, заједно
са ограничењем од 600 MW као
највеће допуштене снаге која може
у кратком интервалу испасти из
погона, прорачуни пропада напона
приликом трополних кратких
спојева указују на закључак да
постоји ограничење у случају
интеграције ВЕ Чибук, Долово
и Баваништанско поље, укупне
снаге око 840 MW. Ово би се
могло избећи променом тачке
прикључења неке од ВЕ на нови
интерконективни вод Панчево
2 – Решица, међутим овим се
сада нећемо бавити, јер је велика
вероватноћа да се ових
840 MW не може обезбедити на
овако малом простору.
Максимална интеграција
ветрогенератора на нивоу
система
Да би се одредила максимална
интеграција ВЕ на нивоу система
energija
Слика 5 захтеви за ''пролазак ВЕ кроз квар''
неопходно је било симулирати
дневне планове рада ЕЕС за дужи
временски период, а на основу
постојеће методологије коју
користи ЈП ЕПС (тзв. хидро-термо
координација). Симулације су
урађене на основу историјских
података за периоде 14.12.2009.
– 10.1.2010. (50.-52. и 1. седмица,
зимски режим рада ЕЕС), односно
за период 17.5.2010 – 13.6.2010.
(21.-24. седмица, летњи режим
Слика 6 Резерва без интеграције ВЕ
Слика 7 Резерва у зимском периоду за 350 MW производње у ВЕ
[192]
рада ЕЕС). При томе је било
потребно задовољити следеће
услове за интеграцију ВЕ:
- морала се обезбедити прописана
регулациона резерва;
- морао се обезбедити капацитет за
регулацију напона;
- енергија ветра је замењивала
производњу ТЕ, док са друге
стране није мењана седмична
производња ХЕ, како би се
уважили биланси производних
компанија;
-регулациона област је
балансирана без прекограничне
размене;
- ЈП ЕМС се у овом тренутку
определио за конзервативни
приступ па је условио да се
симулација интеграције ветра
обави на начин да се не дозволи
развезивање ТЕ који су били у
погону у разматраном периоду,
већ само њихово потискивање до
техничког минимума.
Одговарајуће анализе су
обављене у два корака. Прво је
на основу минималне директне
негативне терцијарне резерве у
сценаријима рада ЕЕС без ветра
(слика 6), процењено колико се
енергије ветра може интегрисати.
Детаљним симулацијама утрвдило
се да та енергија одговара сталној
снази ВЕ у износу од 350 MW.
Потом је претпостављен однос
енергије и снаге ВЕ у износу
од 0,33 при чему је усвојено
да се максимална производња
ВЕ дешава у ноћним сатима,
док је у дневним сатима нема.
На овај начин симулиран је
најнеповољнији сценарио.
Подаци за ветар који су били
основа за усвојене претпоставке
преузети су из земље обрађивача
студије. Анализе су обављене са
софтвером обрађивача студије GTМax. Резултати ових анализа
представљени су на сликама 7-10.
Са rump-up означена је укупна
секундарна и брза терцијарна
резерва на горе, а са rump-down
резерва на доле.
Поредећи међусобно слике 7 и
8, односно 9 и 10, јасно се види
тенденција смањења расположиве
регулационе резерве са порастом
сумарне снаге ВЕ. Код сумарне
снаге ВЕ од 350 MW може
се видети да је резерва увек
задовољена. Са друге стране, за
ниво од 900 MW, виде се периоди
када се она практично изједначава
са минималном вредношћу (РХЕ
energija
Слика 8 резерва у зимском периоду за 900 MW производње у ВЕ
Слика 9 резерва у летњем периоду за 350 MW производње у ВЕ
Слика 10 резерва у летњем периоду за 900 MW производње у ВЕ
Б. Башта није обухваћена овим
резервама). У зимском периоду
најкритичније су биле 1. и 52.
седмица, а у летњем 21. и 22.
седмица. Такође је приметно
да је летњи режим критичнији
од зимског. Овде је још важно
напоменути да би у реалности
имали два ефекта која имају
супротно дејство, па су у овој
анализи оба занемарена: 1) у
вршним сатима вероватно је да би
[193]
постојала извесна производња ВЕ
што доприноси повећању резерве
2) чести су проблеми на ТЕ који
ограничавају максималну снагу
што негативно утиче на резерву
(лош квалитет угља, погонски
проблеми...).
Код одређивања максималне
интеграције ветра важно је
напоменути да не постоји јасна
детерминистичка граница, већ
да се оцена врши на основу
вероватноће, односно емпиријске
оцене оператора преносног
система до које границе може
трпети смањење поузданости рада
система. У режиму за 900 МW
производње у ВЕ ови режими су
довољно чести да се ова снага
према оцени обрађивача студије
прогласи за границу у тренутном
тржишном окружењу.
Препорука обрађивача студије
је да се укупна инсталисана
снага ВЕ у преносном систему
добије тако што ће се претходно
лимитирана производња повећати
за око 10%. Овај коефицијент
процењен је на основу утицаја
географског распореда ВЕ, одосно
вероватноће појаве јаких ветрова
на припадајућим локацијама.
Тако се коначно долази до укупне
инсталисане снаге ВЕ у преносном
систему од око
1000 MW.
Закључак
На самом крају мора се поставити
питање да ли је лимит од 1000 MW
ограничавајући са становишта
реалног остварења инвестиција у
ВЕ у наредних неколико година.
Иако је до сада ЈП ЕМС примио
апликације за преко 2500 MW,
чињеница је да до тренутка
писања овог рада ниједна ВЕ
није обезбедила локацијску
дозволу. Такође, на основу оцене
обрађивача студије, реалан
ветропотенцијал на наведним
локацијама је знатно мањи од
пријављених. Даље, многе од
локација су упитне са становишта
утицаја на животну средину,
посебно са становишта заштите
птица. Не заборавимо ни да је
Feed-in тарифа предвиђена за
450 MW. Када се све ово узме у
обзир, чини се да је процењена
бројка од 1000 MW примерена
овом тренутку, односно да неће
угрозити постојеће инвеститоре.
Већ је речено да је студија
вршена за тренутно тржишно
окружење. То значи да постоје
energija
механизми који ће омогућити и
већу интеграцију од тренутно
постојеће. Овде ћемо набројати
неке од њих:
- могућност брзе размене
хаваријске енергије између
оператора система;
- увођење дневних алокација
прекограничних капацитета;
- установљење берзе електричне
енергије;
- формирање балансних група
и балансне финансијске
одговорности;
- увођење секундарне регулације
на термоагрегатима;
- изградња нових
конвенционалних електрана
(нпр. поново актуализована РХЕ
Бистрица је идеално решење за
проблем регулационе резерве);
- увођење реалније цене
електричне енергије, што би
успорило раст потрошње.
Неке од наведених мера ће
сигурно бити примењене у
скоријој будућности. Са друге
стране, очекује се и прикључење
првих ВЕ, са којима ћемо
добити и поуздане податке о
карактеристикама ветра. Све
ово даће једну нову основу
на којој ће у року од неколико
година ЈП ЕМС бити у позицији
да поново сагледа, како саму
методологију за интеграцију ВЕ,
тако и нове лимите са становишта
прикључења у једној тачки,
односно максималне инсталисане
снаге на нивоу региона и
целокупног преносног система.
Литература
[1] Радни материјали студије
‘’Power Network Analysis for
Wind Power Integration Serbia’’
[2] Студија ‘’ Јачање капацитета
оператора преносног система и
тржишта електричне енергије
у Србији – задатак бр. 6:
Интеграција обновљивих
извора електричне енергије у
ЕЕС Србије’’
[3] Правила о раду преносног
система
[4] Правила о раду интерконекције
(ENTSO-E Operation Handbook)
Ðorđe Romanić, Ilija Jovičić
South East Europe Consultants Ltd., Beograd, Republika Srbija
UDC: 621.311.245 : 551.556
Uticaj dugoročnih promena
brzine vetra na proizvodnju
električne energije iz
vetroelektrana
Sažetak
Vetar je stohastička veličina koju karakteriše promena brzine u širokim
vremenskim intervalima, koji se kreću od nekoliko sekundi do nekoliko
desetina godina. Dugoročne promene brzine vetra posledica su klimatskih
promena i promena u izgledu terena (konfiguracija, vegetacija, hrapavost
terena, itd.). Cilj ovog rada jeste da se pokaže koliki uticaj dugoročne
promene brzine vetra imaju na proizvodnju električne energije iz
vetroelektrana. Energija vetra je srazmerna trećem stepenu brzine, te će male
promene u brzini vetra dovesti do velikih promena u energiji vetra. Za izradu
ovog rada, analizirane su promene srednje godišnje brzine vetra u periodu
od 1991. do 2009. godine, na pet sinoptičkih meteoroloških stanica u Srbiji:
Banatski Karlovci, Veliko Gradište, Zaječar, Rimski Šančevi (Novi Sad) i
Loznica. Pored toga, analizirane su i promene srednje brzine vetra za svaki
smer. Dobijeni rezultati pokazuju da tendencija srednje brzine vetra nije ista
za sve stanice, dok na nekim stanicama brzina vetra nema tendenciju rasta
ili pada. Ovakvi rezultati dovode do zaključka da je izuzetno važno vršiti
analize dugoročne promenljivosti i tendencije srednje brzine vetra, što se u
praksi retko sprovodi, prilikom planiranja i odluka o investiranju u projekte
vetroelektrana.
Ključne reči: trend brzine vetra, indeks vetrovitosti, vetroelektrana, brzina
vetra, smer vetra.
Influence of long-term changes of wind speed on the
production of electricity from wind farms
Wind is stochastic quantity characterized by changes of speed in wide
intervals of time, which ranges from several seconds to several tens of years.
Long-term changes in wind speed are due to climate changes and changes in
appearance of the terrain (configuration, vegetation, roughness of terrain,
etc.). The aim of this paper is to show what influence the long-term changes
in wind speed has on the production of electricity from wind farms. The
energy in the wind grows with the cube of the wind speed, and thus the small
changes in wind speed lead to large changes in wind energy. For making this
paper, we analyzed the changes in mean annual wind speed in the period
from 1991 to 2009, on the five synoptic weather stations in Serbia, and these
are: Banatski Karlovci, Veliko Gradiste, Zajecar, Rimski Sancevi (Novi Sad)
and Loznica. In addition, we analyzed the changes in mean wind speed for
each direction. The results show that the trend of the mean wind speed is
not the same for all stations, while for some stations the wind speed does
not have downward or upward trend. These results lead to the conclusion
that it is very important to perform analysis of long-term variability and
trends of the mean wind speed, which is rarely implemented in practice, for a
successful development of wind power projects.
[194]
energija
1. Uvod
Na osnovu postojiećih i dostupnih
analiza i studija realni energetski
potencijal vetra u Republici Srbiji
je procenjen na instalisanu snagu
od oko 1300 MW (Ministarstvo
rudarstva i energetike Republike
Srbije 2008). U poslednjih nekoliko
godina, poraslo je interesovanje
države, investitora i konsultantskih
kompanija da ulažu u energetsko
iskorišćenje vetra. Najveći broj
projekata realizuje se u oblasti
istočne Srbije i jugoistočnog Banata.
Vetar je stohastička veličina a
promenljivost u vremenu i prostoru
jedna je od njegovih osnovnih
karakteristika. Naime, promenljivost
vetra je bila predmet mnogih
teorijskih i eksperimentalnih
izučavanja (van der Hoven 1957,
Klink 2007). U dužem vremenskom
intervalu (preko 10 godina),
promenljivost vetra je posledica
globalnih promena u atmosferi
(globalno zagrevanje i promene u
sistemu opšte cirkulacije atmosfere,
npr. North Atlantic Osciation)) i
promena u izgledu terena (hrapavost,
konfiguracija terena, itd.). Vautard
at al. (2010) su ukazali na globalno
smanjenje intenziteta vetra na
severnoj hemisferi u umerenim
geografskim širinama, u periodu
od 1979.-2008. godine, koje, u
zavistnosti od regiona, iznosi od 5 –
15 %.
Cilj ovog istraživanja jeste
određivanje dugoročnih tendencija
srednje godišnje brzine vetra na
teritoriji Republike Srbije kao
i njihov uticaj na proizvodnju
električne energije iz vetroelektrana.
Ukoliko se pokaže da ovakve
tendencije postoje, važno je odrediti
i koji smer vetra je zabeležio najveću
tendenciju. Dugoročne tendencije
brzine vetra direktno utiču na
dugoročne tendencije proizvodnje
električne energije iz vetroelektrana,
što je od izuzetnog značaja za
investitor, ali i za optimalno
planiranje elektroenergetskih
sistema.
2. Podaci
Devetnaestogodišnji (1991.2009.) niz podataka sa pet glavnih
(sinoptičkih) meteoroloških stanica
(GMS)- Banatski Karlovci, Rimski
Šančevi (Novi Sad), Zaječar, Loznica
i Veliko Gradište - na teritoriji
Republike Srbije (Slika 1), izmerenih
Fusovim anemografom na visini
10 m od tla, korišćen je kako bi se
odredile dugoročne tendencije i
promenljivost vetra.
Slika 1 Raspored glavnih meteoroloških stanica
očitavanja u odnosu na prethodni.
Stoga, izbor je sveden samo na
stanice na kojima nije dolazilo do
promena anemografa. Anemografi su
kalibrisani (i rekalibrisani) od strane
Republičkog hidrometeorološkog
zavoda Srbije (RHMZ Srbije).
Podaci su preuzeti iz zvaničnih
meteoroločkih godišnjaka koje
izrađuje RHMZ Srbije (Republički
hidrometeorološki zavod Srbije
2010) Klimatološki podaci
obuhvataju merenja brzine i smera
vetra u 7, 14 i 21 sat, a iz tih
vrednosti se dalje određuju srednje
dnevne i srednje mesečne vrednosti.
Unutar ovog rada, korišćene
su srednje godišnje vrednosti..
Tačnost podataka u meteorološkim
godišnjacima nije na visokom nivou,
tako da oni ne bi bili pogodni za
određivanje potencijala vetra, ali
Tabela 1 GMS korišćene u ovoj studiji
Izbor meteoroloških stanica urađen
je po sledećim kriterijumima:1)
reprezentativne sa stanovišta
energetskog iskorišćenja potencijala
vetra, 2) geografski reprezentativne
3) kvalitet i kontinuitet merenja
brzine i smera vetra i 4) zahtev da u
razmatranom periodu nije dolazilo
do menjanja anemografa. Poslednja
dva kriterijuma su posebno važna.
Naime, ukoliko niz podataka ne
sadrži podatke za određenu godinu
ili mesec (ili više meseci) u toku
godine, tada se javlja problem
nereprezentativnosti takvog podatka,
odnosno godine. GMS Banatski
Karlovci predstavlja ovakav
primer. S druge strane, anemografi
na meteorološkim stanicama ne
spadaju u prvoklasnu opremu za
merenje brzine i smera vetra, te
promena instrumenta ponekad može
da dovede do značajno različitih
[195]
su dovoljno tačni za istraživanja
dugoročnih promena, tendencije i
promenljivosti vetra. Naime, ukoliko
instrument poseduje grešku ili
ukoliko je napravljena sistematska
greška prilikom obrade podataka,
tada je ona ista u celoj seriji
podataka, pa tako nema uticaja na
analize tendencije i promenljivosti
brzine vetra.
Meteorološka praksa nalaže da
kilimatološke serije treba da sadrže
minimum 30-ogodišnji niz podataka,
ali usled promena anemografa,
načina merenja i metodologije
obrade podataka (Winkler 2010),
unutar ovog rada korišćene su 19ogodišnje serije.
Najveća srednja brzina vetra
zabeležena je na GMS Banatski
Karlovic, dok je na GMS Veliko
Gradište, koja se nalazi oko 50 km
jugoistočno od nje, srednja brzina
vetra manja za 1,3 m/s (Tabela 1).
energija
Slika 2 Indeks vetrovitosti za GMS Banatski Karlovci; 100%=srednja vrednost
brzine vetra u periodu od 1991. do 2009.
Slika 3 Indeks vetrovitosti za GMS Rimski Šančevi; 100%=srednja vrednost brzine
vetra u periodu od 1991. do 2009.
Slika 4 Indeks vetrovitosti za GMS Zaječar; 100%=srednja vrednost brzine vetra u
periodu od 1991. do 2009.
Slika 5 Indeks vetrovitosti za GMS Loznica; 100%=srednja vrednost brzine vetra
u periodu od 1991. do 2009.
Važno je napomenuti i to da za GMS
Banatski Karlovci nedostaju podaci
za: januar, jul, avgust, septembar
i decembar u 2000. godini; april
u 2004. godini; decembar u 2008.
godini i januar i februar u 2009.
godini. Najveći broj meseci za
koje nedostaju podaci je zimskom
periodu, kada se povećava intenzitet
jugositočnog vetra („Košava“), tako
da je srednja brzina vetra za GMS
Banatski Karlovic verovatno veća od
3,4 m/s. Na GMS Loznica nedostaju
podaci za mesece april i maj 1999.
godine.
3. Analiza
Trend promene brzine vetra može
se opisati korišćenjem indeksa
brzine vetra, koji predstavlja indeks
vetrovitosti date godine (npr. Harman
i Morgan 2005). Naime, za dati
period se odredi srednja brzina vetra
kao aritmetička srednja vrednost svih
srednjih godišnjih vrednosti, a potom
se srednja brzina vetra za svaku
pojedinačnu godinu normalizuje na
srednju vrednost celog niza godina.
Indekisi vetrovitosti za GMS
Banatski Karlovci, GMS Rimski
Šančevi, GMS Zaječar, GMS
Loznica i GMS Veliko Gradište
predstavljeni su na slici 2, 3, 4, 5 i
6, respektivno. Trend rasta srednje
godišnje brzine vetra zapaža se
na GMS Banatski Karlovci, GMS
Loznica i GMS Veliko Gradište,
dok je negativan trend zabeležen na
GMS Rimski Šančevi i GMS Zaječar
(najsevernija i najjužnija stanica).
Na navedenim slikama se uočava
nekoliko važnih karakteristika.
Prvo, krive na svim slikama imaju
približno isti oblik od 1991. do 1997.
godine, pri čemu je 1992. godina bila
vetrovita na svim stanicama.
Drugo, delovi krivih od oko 1994.
do 2009. godine gotovo da nemaju
sličnosti, sem činjenice da je 2005.
godina bila slabo vetrovita na svim
stanicama.
Treće, najpozitivniji trend zabeležen
je na GMS Loznica (15,5%), a
najnegativniji trend na GMS Zaječar
(-14,8%). GMS Rimski Šančevi ima
vrlo slab negativna trend (-3,4%).
Slika 6. Indeks vetrovitosti za GMS Veliko Gradište; 100%=srednja vrednost
brzine vetra u periodu od 1991. do 2009.
godine.
Najveća promenljivost vetra u
odnosu na dugoročnu srednju
vrednost zabeležena je na GMS
Zaječar (12%), dok je najmanja
promenljivost na GMS Veliko
Gradište (5%). Na ostalim stanicama
promenljivost vetra je između 6-8
[196]
energija
Slika 5 Indeks vetrovitosti za GMS Loznica; 100%=srednja vrednost brzine vetra
u periodu od 1991. do 2009.
svaku godinu,
analizirane
su i vrednosti
indeksa
vetrovitosti
za svaki od
8 osnovnih
smervoa vetra.
Rezultati su
prikazani na
Slici 7, Slici
8,Slici 9 Slici 10
i Slici 11. Kako
bi se poboljšala
preglednost
slika, projekcije
slika nisu
konzistentne.
Kako svaki od
smerova ima
svoju dugoročnu
srednju
Slika 8 Indeks vetrovitosti za svaki smer pojedinačno za GMS vrednost, a
Rimski Šančevi
na slikama je
predstavljeno 8
smerova, treba
napomenuti da
procenti na z-osi
ne predstavljaju
srednju vrednost
niti jednog
od smerova.
Na slikama
se uočava
nekoliko važnih
karakteristika.
Prvo, na GMS
Banatski
Karlovic,
GMS Rimski
Šančevi i GMS
Veliko Gradište
najjači vetrovi
duvaju iz pravca
jugoistoka, ali na GMS Rimski
%, što je nešto veća vrednost od
Šančevi srednja brzina vetra iz ovog
izračunate i preporučena od strane
smera nije mnogo veća od srednje
Garrad Hassan eksperata i koja
brzine severozapadnih vetrova.
za oblast Evrope iznosi 6% (GH
Na GMS Zaječar najjači vetrovi
WindFarmer, 2010).
duvaju iz pravca istoka, dok na GMS
Pored indeksa vetrovitosti za
Slika 7 Indeks vetrovitosti za svaki smer pojedinačno za GMS
Banatski Karlovci
[197]
Loznica nisu dominantni vetrovi sa
istočnom ili južnom komponentom,
već severozapadni vetrovi. Dakle, još
jednom se pokazalo da je u oblasti
Vojvodine i istočne Srbije, Košava
dominantni vetar, kako po smeru,
tako i po intenzitetu.
Drugo, na svim stanicama, sa
izuzetkom GMS Zaječar i GMS
Rimski Šančevi, dominantni
vetrovi su imali tendenciju jačanja
intenziteta; ovo je najizraženije na
GMS Loznica. Naime, na GMS
Zaječar dominantni (istočni) vetar
je imao negativnu tendenciju, dok
na GMS Rimski Šančevi jugoistočni
vetar nije imao tendenciju.
Dalje, sa izuzetkom GMS Zaječar,
Košavin vetar ( ima pozitivan
trend na svim stanicama. U oblasti
zapadne Srbije, Košavin vetar je
slabog intenziteta i nije dominantan
tako da se ovaj stav ne odnosi na
SMS Loznica.
Indeksi vetrovitosti se najčešće
izrađuju za veću oblat (danski indeks
, nemački indeks, itd.). Sintezom
podatak sa stanica koje su korišćene
u ovom radu, može se okvirno dobiti
indeks vetrovitosti Srbije. Naime,
osrednjavajući srednje gododišnje
brzine vetra sa svih stanica iz Tabele
1, a potom prateći proceduru za
dobijanje indeksa vetrovitosti može
se dobiti traženi indeks (Slika 12).
Crvena linija predstavlja pokretni
srednjak sa periodom 4, koji se
računa po formuli
,
pri čemu je N broj prethodnih
vrednosti koji se uzima prilikom
osrednjavanja, tzv. periodi (u ovom
radu uzete su 4 prethodne vrednosti),
A j stvarna vrednost veličine
u trenutku j , a F izračunata
(„prognozirana“) vrednost u trenutku
j ..
Slika 12 ukazuje na postojanje slabo
pozititivnog trenda, ukoliko ga
predstavljamo linearnom linijom.
S druge strane, koristeći pokretni
srednjak pokazuje se postojanje
pozitivnog trenda u periodu od 1994.
do 2004. godine i negativnog trenda
u periodu od 2004. do 2009. godine.
Dakle, u poslednjih 5 godina vetrovi
iznad Srbije slabe. Nesigurnost u
ovaj zaključak unosi činjenica da niz
podataka sa GMS Banatski Karlovci
nije kompletan.
5. Primena
Indeks vetrovitosti ima veliku
primenu u vetroenergetici. U
zemljama koje imaju dugu tradiciju u
energija
Slika 9 Indeks vetrovitosti za svaki smer pojedinačno za GMS
Zaječar
Slika 10 Indeks vetrovitosti za svaki smer pojedinačno za
GMS Loznica
Slika 11 Indeks vetrovitosti za svaki smer pojedinačno za
GMS Veliko Gradište
[198]
vetroenergetici,
indeks se
računa koristeći
podatke o
proizvodnji
električne
energije iz
vetrogeneratora
(npr. Danska);
to je mnogo
reprezentativniji
podatak od
brzine vetra.
U zemljama
gde nema
instaliranih
vetrogeneratora
(npr. Srbija),
ili gde nema
visegodišnjih
podataka o
proizvodnji
električne
energije iz
vetrogeneratora
(npr. Hrvatska),
nije moguće
koristiti indeks
vetrovitosti
zasnovan na
podacima o
proizvodnji.
Energija vetra
je srazmerna
trećem stepenu
brzine vetra,
tako da male
promene u
brzini vetra
dovode do
velikih promena
u kinetičkoj
energiji koju
poseduje.
Poznavajući
samo srednju
godišnju (ili
mesečnu) brzinu
vetra, nesigurno
je proceniti
proizvodnju
vetrogeneratora,
jer ne
poznajemo
raspodelu
učestalosti
brzine vetra u
tom periodu. Na
primer, ukoliko
je srednja
godišnja brzina
vetra porasla za
1 %, to ne mora
da znači da je
proizvodnja
porasla za 3
%, kako bi se
očekivalo. Međutim, trend srednje
brzine vetra i godišnje proizvodnje
imaju isti znak. Dakle, u godnama
kada je srednja brzina vetra
manja od prosečne i proizvodnja
vetrogeneratora je manje od
prosečne.
Indeks vetrovitosti ima nekoliko
primena, ovde će se navesti samo
neke.
Indeks vetrovitosti se može
koristiti kako bi se bolje razumela
proizvodnja vetroelektrane za datu
godinu. Ova primena je značajna
kako za investitore i operatere
sistema. Naime, investitori mogu
preciznije i uspešnije da projektuju
povrat uloženih sredstava, a i
da dođu do odgovora zašto je
vetroelektrana u datoj godini
proizvodila manje (ili više) od
očekivanog. Operateri sistema mogu
pouzdanije da planiraju proizvodnju
električne energije iz vetroelektrana
na mesečnom, godišnjem i
višegodišnjem nivou.
U oblatima gde nema referentnih
dugoročnih meteoroloških podataka,
indeksi vetrovitosti mogu se koristiti
kao pogodna zamena ukoliko se
pokaže da između kratkoročne serije
podataka izmerenih na lokaciji
gde se planira izgradnja i indeksa
vetrovitosti postoji zadovoljavajuća
korelacija.
Koristeći indekse vetrovitosti mogu
se odrediti oblasti povoljnije za
izgradnju vetroelektrana od oblasti
manje povoljnih sa stanovišta
dugorošnog potencijala vetra (trend i
promenljivost).
Vetrovitost datih godina je povezana
sa konceptom opšte cirkulacije
atmosfere i globalnim zagrevanjem,
te se indeksi vetrovitosti koriste i u
naučno – istraživačke svrhe.
6. Zaključak
Cilj ovog rada jeste da se ukaže na
potrebu analiza dugoričnih promena
brzine vetra prilikom planiranja
izgradnje vetroelektarna. Dugoročne
promene brzine vetra mogu se
uspešno predstavljati i analizirati
koristeći indekse vetrovitosti. Indeksi
vetrovitosti mogu da budu zasnovani
na dugoročnim podacima o brzini
vetra ili dugoročnim podacima o
proizvodnji električne energije iz
vetrogeneratora. Drugi metod je
precizniji, ali nije uvek primenjiv.
U radu su analizirane dugoročne
promenen brzine vetra na pet glavnih
meteoroloških stanica: Banatski
Karlovci, Rimski Šančevi, Zaječar.
Loznica i Veliko Gradište. Pokazano
je da trend brzine vetra nije isti na
energija
Slika 12 Indeks vetrovitosti Srbije dobijen koristeći podatke sa stanica iz Tabele
1. 100%=srednja vrednost brzine vetra na svim stanicama u periodu od
1991. do 2009. Crvena linija predstavlja pokretni srednjak sa periodom 4.
svim stanicama. Podaci su analizirani
za period od 1991.do 2009. godine.
Naime, na GMS Banatski Karlovci,
GMS Loznica i GMS Veliko
Gradište zabeležen je pozitivan
trend, na GMS Zaječar zabeležen
je negativan trend, dok je na GMS
Rimski Šančevi zabeležen dosta slab
negativna trend.
Na osnovu sinteze podataka sa
pomenutih stanica, zaključuje se da
u periodu od 2004. do 2009. godine
intenzitet vetar iznad Srbije ima
negativan trend.
Jugoistočni vetar – Košava –
beležio je porast intenziteta na svim
stanicama sem za GMS Zaječar.
Srednja dugoročna promenljivost
vetra je oko 6%, sem GMS Zaječar
gde iznosi perko 14%.
latin/meteorologija/klimatologija_
godisnjaci.php. Pristupljeno dana:
24. Dec 2010.
Harman, K., Morgan, C. (2005)
Use of regional wind energy indices
to predict long-term wind farm
production and to assess portfolio
effects.
GH WindFarmer. (2010). GH
WindFarmer Theory Manual. Garrad
Hassan and Partners Ltd.
Danish Wind Index (2010) Adresa:
http://www.naturlig-energi.dk.
Prostupljeno dana 14. Feb 2011.
Literatura
Ministarstvo rudarstva i energetike
Republike Srbije. (2008). Energija
Vetra. Adresa: http://www.mre.
gov.rs/navigacija.php?IDSP=306.
Pristupljeno dana: 7. Feb 2011.
van der Hoven, I.. (1957). Power
Spectrum of Horizontal Wind Speed
in the Frequency Range From 0.0007
to 90 Cycles Per Hour. Jurnal of
Meteorology. 14 , p160-164
Klink, K.. (2007). Atmospheric
Circulation Effects on Wind Speed
Variability at Turbine Height.
Journal of Applied Meteorology &
Climatology, Vol. 46 Issue 4, p445456, 12p
Vautard et al. (2010). Northern
Hemisphere Atmospheric Stilling
Partly Attributed to an Increase
in Surface Roughness. Nature
Geoscience. 3, 756–761
Republički hidrometeorološki
zavod Srbije. (2010). Meteorološki
godišnjak - klimatološki podaci.
Adresa: http://www.hidmet.gov.rs/
[199]
energija
Mr Martin Ćalasan, Prof. dr Vladan Vujičić
Elektrotehnički fakultet Podgorica
UDC: 621.311.245 : 621.313.52.004
Optimizacija omskog
opterećenja elektrostatičkog
V-C generatora
1. Uvod
Ljudi su počeli koristiti energiju
vjetra veoma davno. U periodu prije
nove ere ova energija je korišćena za
kretanje brodova, za mljevenje žita,
navodnjavanje zemljišta...
Era korišćenja energije vjetra za
proizvodnju električne energije
počela je oko 1900. godine. Danska
je prva zemlja koja je koristila
energiju vjetra za proizvodnju
električne energije, jer je 1890.
godine u njoj konstruisana prva
moderna turbina za proizvodnju
električne energije. Istraživanja
za korišćenje energije vjetra u
proizvodnji električne energije
neprekidno su trajala, pa je 1910. god
u Danskoj funkcionisalo nekoliko
hiljada vjetroelektrana, koje su bile
kapaciteta od 5 do 25 kW. Od 1925.
godine vjetroelektrane su se počele
značajnije koristiti u Americi, a u
Rusiji je 1931. godine instalisana
vjetro-turbina snage 100kW.
Od četvrte decenije prethodnog
vijeka počele su da se instaliraju
vjetroelektrane i u Francuskoj,
Njemačkoj, Velikoj Britaniji [1]…
Danas su lideri u korišćenju energije
vjetra Danska i Njemačka.
Kako potrebe za električnom
energijom rastu, tako se razvijaju
i tehnologije u proizvodnji što
efikasnijih vjetrogeneratora i
uopšte vjetrogeneratorskih sistema.
Uglavnom, danas se koriste
konvencionalni elektromagnetni
generatori, kod kojih se u zavisnosti
od položaja rotora u odnosu na stator,
mijenja induktivnost namotaja na
statoru i namotaja na rotoru, kao i
njihove međusobne induktivnosti.
Međutim, kod vjetroelektrana
Sažetak
V-C generator (Variable Capacitance generator) se u posljednje vrijeme
nameće kao ozbiljan kandidat za primjenu u sistemima vjetroelektrana. U
radu je objašnjen princip rada generatora i data moguća šema njegovog
priključenja na HVDC (High Voltage Direct Current) sistem. Pored toga,
detaljno je analiziran rad generatora u slučaju omskog opterećenja. Za dati
pobudni i maksimalni napon generatora izvršena je optimizacija opterećenja
u cilju maksimiziranja snage generatora. Razmotrena su tri specifična
slučaja varijacije kapacitivnosti V-C generatora.
Ključne riječi: V-C generator – HVDC sistem – optimizacija.
OPTIMIZATION OF RESISTIVE LOAD FOR ELECTROSTATIC V-C
GENERATOR
VC generator (Variable Capacitance generator) has recently imposed as
a serious candidate for use in wind power plants. The operating principle
of the generator and the possible circuit diagram for connection to the
HVDC (High Voltage Direct Current) system are discussed. In addition, the
operation of generator in case of ohmic load is analyzed in more details. In
order to maximize the output power of generator, for a given excitation and
maximum voltage of the generator, the optimization of the load is performed.
Three the specific cases of capacitance variation of the V-C generator are
discussed.
Key words: V-C generator – HVDC system – optimization.
vjetroelektrana konektovanih na
moguće je koristiti i generatore koje
visokonaponske jednosmjerne
rade na principu elektrostatičke
konverzije
Slika 1 Farma vjetrogeneratora
energije, a
kod kojih se u
zavisnosti od
položaja rotora
u odnosu na
stator mijenja
njihova
kapacitivnost.
Upravo, na
ovom principu
zasnovan je rad
V-C generatora,
koji glavnu
primjenu nalaze
kod offshore
[200]
energija
Slika 2 a) Konekcija V-C generatora na HVDC sistema b) Klasični način
proizvodnje električne energije i priključenje na HVDC sistem
a)
sisteme (HVDC - High Voltage
Direct Current).
Kada je rastojanje offshore
vjetroelektrane od obale veće
od 25-50km, prenos električne
energije preko HVDC sistema
je ekonomičniji u odnosu na
konvencionalne prenosne sisteme
[2]. Glavni razlozi upotrebe HVDC
sistema i njihove prednosti u
odnosu na AC sisteme, razmatrani
su u [3-4]. U [5] se razmatra
mogućnost proizvodnje HVDC
energije pomoću V-C mašina.
Rezultati analize sprovedene u
tom radu, kao i rezultati novijih
istraživanja predstavljenih u [6-7]
ukazuju da V-C mašine mogu biti
konkurentne konvencionalnim
mašinama. Jedan od glavnih razloga
je taj što su troškovi priključenja
offshore vjetroelektrane na HVDC
sistem manji ako se direktno
proizvodi jednosmjerni napon i
struja, nasuprot konvencionalnoj
generator - transformator - ispravljač
kombinaciji, gdje se proizvode
naizmjenični napon i struja, a zatim
pomoću ispravljača pretvaraju u
jednosmjerne veličine [8]. Na slici
2a) prikazan je elektrostatički V-C
generator koji napaja HVDC sistem,
dok je na slici 2b) prikazan asinhroni
generator sa transformatorom,
ispravljačem i HVDC sistemom.
U ovom radu je najprije objašnjen
princip rada elektrostatičkog
generatora. Zatim je dat simulacioni
model ovoga generatora i objašnjen
način njegovog priljučenja na
HVDC sistem. Izvršena je analiza
rada V-C generatora konektovanog
na potrošač konstantne otpornosti.
Analizirani su slučajevi različitog
talasnog oblika kapacitivnosti.
Na kraju, izvršena je optimizacija
opterećenja V-C generatora za
različite oblike kapacitivnosti kako
bi se, pri konstantnoj brzini rotora,
obezbijedila maksimalna snaga
generatora koja se predaje potrošaču.
2. V-C generatori i šema
konekcije na HVDC
sistem
Postoje različite izvedbe V-C
generatora, a jedna od mogućih
prikazana je na slici 3. Kod ove
„floating rotor“ V-C mašine stator
se sastoji od dva dijela – statora
A i statora B. Svaki od statora
V-C generatora napravljen je od
dva identična kružna isječka koji
stoje jedan naspram drugog, dok
se između njih nalazi prostor kroz
koji prolazi rotor. Izlazni krajevi
ova dva dijela statora, priključuju se
na prenosni vod preko energetskog
pretvarača. Kada je pozicija
rotora takva da je on cjelokupno
prekriven djelovima statora, tada
je kapacitivnost između statora A i
B maksimalna. Ova kapacitivnost
predstavlja rednu vezu kapacitivnosti
koje se javljaju između statora A i
Slika 3. Uzdužni i poprečni presjek V-C generatora
Slika 4. Simulacioni model V-C generatora i šema konekcije na HVDC
[201]
energija
rotora, kao i statora B i rotora. Kako
se rotor okreće i ova kapacitivnost
se periodično mijenja, pri čemu se
energija predaje samo u intervalima
kada kapacitivnost opada. Kada
se rotor nalazi u takvoj poziciji da
je najmanje prekriven djelovima
statora, tada je kapacitivnost
minimalna.
Na slici 4 prikazano je osnovno
kolo za priključenje V-C generatora
na HVDC sistem [6-8]. Generator
je modelovan preko redne veze
promjenjive kapacitivnosti i
otpornosti gubitaka Rgub. Da bi
se inicijalizovala proizvodnja
energije, potreban je neki nezavisni
jednosmjerni naponski izvor (E) koji
obavlja funkciju pobude generatora.
Preko dioda D1 i D2 vrši se
punjenje, odnosno pražnjenje
generatora, respektivno. U toku
punjenja, pobudni naponski izvor
predaje energiju V-C generatoru.
Prilikom pražnjenja, generator vraća
pobudnom generatoru primljenu
energiju, ali i predaje energiju
potrošaču, pošto se tada strujna
kontura zatvara kroz potrošač.
Energija koju generator predaje
potrošaču jednaka je razlici uložene
mehaničke energije i gubitaka koji se
javljaju u generatoru.
HVDC sistem ima najčešće povratnu
spregu po naponu sistema, pa je
prema tome napon HVDC sistema
konstantan. To znači da, ako se
zanemari uticaj filtra, potrošač sa
slike 3 se može posmatrati kao
konstantni naponski izvor. Sa
druge strane, u slučaju primjene
jako induktivnog filtra, potrošač sa
iste slike se može posmatrati kao
konstantni strujni izvor. Generalno,
struja potrošača i napon potrošača
mogu imati proizvoljne oblike koji
se mogu oblikovati filtrom. U ovom
radu će biti analiziran slučaj kada
struja i napon imaju isti talasni oblik,
odnosno kada se može smatrati da je
otpornost potrošača konstantna.
(1)
,
gdje je vC=vC(θ) napon generatora,
C=C(θ) kapacitivnost generatora, θ pozicija rotora, a dθ/dt ugaona brzina
rotora (ωr=dθ/dt). Na osnovu (1)
može se napisati i izraz za trenutnu
vrijednost snage V-C generatora:
, (2)
gdje se prvi dio odnosi na konverziju
mehaničke u elektrostatičku energiju,
a drugi dio na energiju koja cirkuliše
kroz generator, tj. energiju koju
generator u toku punjenja uzima, a u
toku pražnjenja vraća sistemu.
Punjenje obloga generatora vrši se
najčešće samo u intervalima kada
kapacitivnost raste (dC/dθ>0). Tada
je napon generatora jednak naponu
pobude (E), pa se mogu napisati
sljedeće jednačine:
,
(3)
.
(4)
U slučaju kada je dC/dθ>0 i vC>E,
struja generatora je jednaka nuli:
.
(5)
Pražnjenje obloga generatora se vrši
u intervalima kada kapacitivnost
opada (dC/dθ<0). U ovom režimu
struja potrošača je jednaka struji
generatora i predstavljena je
jednačinom (1), dok je napon na
krajevima generatora predstavljen
sljedećom jednačinom:
,
(6)
gdje je vp – napon na potrošaču.
Ako sa R označimo otpornost
potrošača, tada je:
.
(7)
Na slici 5 prikazana su tri slučaja
zavisnosti kapacitivnosti generatora
od položaja rotora koje su korišćene
u računarskim simulacijama. U
jednom slučaju pretpostavljena je
sinusoidalna (crvena boja – puna
linija), u drugom trougaona (zelena
crta-tačka linija), a u trećem
trapezoidna (plava – isprekidana
linija) zavisnost. Kod trapezoidne
zavisnosti razmatran je slučaj kada
je širina maksimalne kapacitivnosti
jednaka širini minimalne
kapacitivnosti i iznosi 60 električnih
stepeni. Na istoj slici 5 prikazane su i
odgovarajuće zavisnosti izvoda
(dC/dθ) pretpostavljenih
kapacitivnosti. Na slikama 6 i 7
prikazan je talasni oblik napona
generatora i talasni oblik struje
potrošača, respektivno, za svaki
oblik kapacitivnosti.
4. Optimizacija omskog
opterećenja V-C generatora
U ovom radu postupak optimizacije
omskog opterećenja izvršen je
za slučaj kada je napon pobude
konstantan i kada je maksimalna
Slika 5 Kapacitivnost V-C generatora i njen izvod dC/dθ za tri tipa kapacitivnosti
3. Analiza rada
V-C generatora
konektovanog na
potrošač konstantne
otpornosti
Kapacitivnost V-C generatora je
promjenjiva i zavisi od međusobnog
položaja rotora u odnosu na stator.
Prema tome, trenutna vrijednost
struje generatora ne zavisi samo
od izvoda njegovog napona, već
i od izvoda kapacitivnosti, što se
matematički može napisati kao:
[202]
energija
podatke. U simulacijama je uzeto
da je brzina obrtanja generatora
konstantna (5000 ob/min) dok je
vrijednost maksimalne i minimalne
kapacitivnosti Cmax=50nF i
Cmin=10nF, respektivno.
Na osnovu slika 9 i 10, kao i na
osnovu podataka iz Tabele I, jasno
je da postoje velike razlike u
vrijednostima maksimalne snage
koja se može predati potrošaču,
za različite oblike kapacitivnosti.
Isto tako, postoje i velike razlike u
vrijednosti maksimalnog napona
generatora koji se u ovom slučaju
pojavljuje na generatoru.
Slika 6 Napon V-C generatora i njegova srednja vrijednost
Slika 7 Struja potrošača V-C generatora i njena srednja vrijednost
vrijednost napona generatora
ograničena.
4.1 Optimizacija pri konstantnom
naponu pobude
Na slici 8 prikazana je zavisnost
količine naelektrisanja generatora od
napona generatora za istu vrijednost
pobudnog napona, za sva tri oblika
kapacitivnosti. Naime, u toku rada
V-C generatora energija koja se
predaje potrošaču u toku jednog
ciklusa (periode kapacitivnosti C)
jednaka je površini ostvarene Q-Vc
petlje. Ako energiju koja se predaje
potrošaču u toku jednog ciklusa,
odnosno površinu Q-Vc petlje,
označimo sa ΔW, snaga generatora P
iznosi:
(10)
gdje je k – broj ciklusa u toku jednog
obrtaja rotora i n – broj obrtaja rotora
u minuti.
Na slici 9 je prikazana zavisnost
snage generatora od otpornosti
potrošača u slučaju kada se napon
pobude održava na konstantnoj
vrijednosti (E=100kV), dok su
na slici 10 prikazane Q-Vc petlje
za te proračunate optimalne
[203]
1.2 Optimizacija pri ograničenoj
vrijednosti maksimalnog
napona generatora
Limitirajući faktor za siguran rad
V-C generatora jeste vrijednost
njegovog maksimalnog napona.
Ako napon generatora pređe neku
maksimalno dozvoljenu vrijednost,
dolazi do proboja između statora
i rotora i samim tim uništenja
mašine. U postupku projektovanja i
konstrukcije generatora, vrijednost
širine vazdušnog procjepa
između statora i rotora upravo
se dimenzioniše u zavisnosti od
maksimalno dozvoljene vrijednosti
napona generatora.
Da bi se izvršila optimizacija
omskog opterećenja V-C generatora,
pri čemu maksimalna vrijednost
napona generatora ne prelazi neku
maksimalno definisanu vrijednost,
najprije je potrebno odrediti
optimalnu vrijednost opterećenja
za svaki tip kapacitivnosti, a
nakon toga od dobijenih rezultata
odabrati onaj tip kapacitivnosti koji
obezbjeđuje maksimalnu snagu
koja se može predati potrošaču.
U analizi u ovom radu uzeto je
da je maksimalno dozvoljena
vrijednost napona generatora 500kV,
da je brzina obrtanja generatora
konstantna (5000 ob/min) i da je
vrijednost maksimalne i minimalne
kapacitivnosti konstantna Cmax=50nF i Cmin=10nF. Prilikom
određivanja maksimalne vrijednosti
snage koju generator može da
daje mreži posmatrano je da su
promjenjivi parametri napon pobude
i vrijednost otpornosti potrošača.
Na slici 11 prikazana je zavisnost
snage generatora od otpornosti
potrošača za različite vrijednosti
napona pobude i za različite oblike
kapacitivnosti. Na istoj slici je
prikazana i granica maksimalnog
napona generatora od 500kV,
energija
Slika 8 Zavisnost količine naelektrisanja generatora od napona generatora
za različite oblike kapacitivnosti
Tabela I Poređenje optimalnih vrijednosti snage, otpornosti i maksimalnih
vrijednosti napona generatora, kada je pobudni napon generatora
konstantan (E=100kV)
Tabela II Poređenje optimalnih vrijednosti otpornosti i pobudnih napona (i odgovarajućih snaga), kada je maksimalni napon generatora konstantan
(Vcmax=500kV)
Slika 9 Zavisnost snage generatora od otpornosti potrošača za konstantnu vrijednost napona pobude (E=100kV)
[204]
sa detaljno naznačenom zonom
maksimuma za sva tri oblika
kapacitivnosti.
U Tabeli II su prikazani podaci
o vrijednostima proračunatih
optimalnih parametara, dok su na
slici 12 prikazane Q-Vc petlje za te
proračunate optimalne podatke.
Prema podacima iz Tabele II vidi
se da su razlike u vrijednostima
maksimalnih snaga koje generatori
mogu da daju mreži, za analizirane
oblike kapacitivnosti, manje nego
u slučaju kada se vrši optimizacija
sa konstantnim naponom pobude.
Na osnovu dobijenih podataka
vidi se da se maksimalna snaga
predaje potrošaču u slučaju kada
kapacitivnost generatora ima
sinusoidalnu zavisnost.
5. Zaključak
Proizvodnja električne energije iz
energije vjetra postala je veoma
važna i finansijski interesantna.
Kapacitet vjetroelektrana se više
nego učetvorostručio u periodu od
2000. do 2006.. Zbog toga danas
postoje brojna istraživanja na polju
pronalaženja što efikasnijih načina
korišćenja energije vjetra.
U ovom radu objašnjen je princip
rada i način modelovanja V-C
generatora, a koji je prema nekim
novijim istraživanjima konkurentan
konvencionalnim mašinama, ako
se konektuje na HVDC sistem.
Isto tako, u radu je prikazana i
principijelna šema konekcije V-C
generatora na HVDC sisteme. Nakon
toga analiziran je rad generatora u
slučaju čisto aktivnog opterećenja.
Analizirana su tri slučaja zavisnosti
kapacitivnosti generatora od položaja
rotora - sinusoidalna, trougaona i
trapezoidna zavisnost.
Glavni dio rada posvećen je
optimizaciji omskog opterećenja
ovoga generatora za tri oblika
kapacitivnosti. Optimizacija je
izvršena na dva načina i to u slučaju
kada se napon pobude održava
na konstantnoj vrijednosti i kada
je maksimalna vrijednost napona
generatora ograničena na nekoj
definisanoj vrijednosti. Pokazano je
da se, pri fiksnom naponu pobude,
maksimalna snaga ostvaruje
u slučaju trapezoidnog oblika
kapacitivnosti. Međutim, fiksiranjem
maksimalnog napona generatora,
maksimalna snaga koju ovaj
generator predaje potrošaču ostvaruje
se u slučaju kada je ta zavisnost
sinusoidalna.
energija
Slika 10 Zavisnost količine naelektrisanja generatora od napona generatora za
različite oblike kapacitivnosti (podaci iz Tabele I)
Slika 11 Zavisnost snage generatora od otpornosti potrošača za različite
vrijednosti napona pobude (napon pobude se mijenja u opsegu
od 10kV do 350kV, sa korakom 30kV)
Slika12 Zavisnost količine naelektrisanja generatora od napona generatora za
različite oblike kapacitivnosti (podaci iz Tabele II)
[205]
6. Literatura
[1] M. R. Patel:”Wind and Solar
Power Systems”, CRC press,
New York, 1999.
[2] N.G.Hingorani:„High-voltage
DC transmission: a power
electronics workhorse,” Spectrum
IEEE, vol.33, no.5, pp.63-72,
April 1996.
[3] D. M. Larruskain, I. Zamora,
A. J. Mazón, O. Abarrategui,
J. Monasterio: “Transmission
and Distribution Networks:
AC versus DC,” 9th SpanishPortuguese Congress on
Electrical Engineering, July
2005.
[4] Michael P. Bahrman: “Overview
of HVDC Transmission,”
Power Systems Conference and
Exposition, PSCE’06, pp. 18-23,
Oct. 2006.
[5] S. F. Philp: “The VacuumInsulated, Varying capacitance
Machine”, IEEE Transactions on
Electrical Insulation, vol. 12, no.
2, April 1977.
[6] R. J. O’ Donnell, N. Schofield,
A.C. Smith, J. Cullent: “The
Variable-Capacitance Machine
for Off-shore Wind Generation”
in Proc. 6th Int. Workshop
Large-Scale Integr. Wind Power
Transmiss. Netw. Offshore Wind
Farms, 2006, pp. 299–306.
[7] R. O’Donnell, N. Schofield, A.
C. Smith, J. Cullen: “Design
Concepts for High-Voltage
Variable-Capacitance DC
Generators”, IEEE Transactions
on Industry Applications, vol. 45,
no. 5, September/October 2009.
[8] M. Ćalasan, V. Vujičić:
“Analiza uticaja šestopulsnog i
dvanaestopulsnog ispravljača kod
HVDC sistema na harmonijska
izobličenja naizmjenične mreže”,
Informacione tehnologije,
Žabljak, 2010.
energija
Radivoje Ðurin Mančić, Milena Kostić, Negosava Kostić
Ekoman, Gračanica
UDC: 621.311.243.004.15
Energetska konstanta
solarne energije u urbanim
blokovima
(U kontekstu šestog ekoman zakona)
1. Uvod
Naučno nastavna disciplina Urbana
ekologija- URBAN ECOLOGY,
konsitusana je na Međunarodnom
naučnom skupu, pod nazivom
„Urbna ekologija“ koji je 1992
godine održan u Prištini i Nišu.
Idejni i metodolški konseptor ovog
naučnog skupa bio je prof. Dr.
Radivoje Đurin Mančić. Materijlano
energetski bilansi su bili jedna od
tema ovog skupa.
Publikovani Osnovni zakoni Urbane
ekologije 1996. godine u „Facta
universitatis“ serija „working and
living enviromental, protection“,
VOL,1,No 12) reafirmisali su
Urbanu ekologiju, koja se ne
razvija na naučnim hipotezama,
već rapolaže svojim naučnim
zakonima. Raspreve o mikroklimi i
urbanističkim parametrima postale
seu preokupacija nove generacije
urban ekologa koji su se školovali
na katedri za Zaštitu životne sredine
Fakulteta zaštite na radu u Nišu pod
naučnim voćtvom R. Mančića.
Sledećih 15 godina ne prestaje
interesovanje nauke za probleme
energetskih bilansa i afirmaciju
primene pasivnog korišćenja sunčeve
energije.
Među urbanističkim parametrima
koji posebno direkto utiču na kvalitet
mikroklime posebno se izdvajaju:
1. Stepen izgrađenosti zemqi{ta,
2. Stepen iskorišćenja tla,
3. Gabaritne karakteristike objekta i
4. Tehničke karakteristike
građevinskih materijala od kojih
su građeni objekti infrastrukture i
makrostrukture.
Kod kategorisanja stepena
iskorišćenja zemljišta urbanog
bloka, kao odnosa ukupno razvijene
Sažetak
Početak trećeg milenijuma (nove) ere protiče u znaku afirmacije obnovljivih
izvora energije kao temeljog principa Ekoman teorije u planiranju razvoja
životnog prostora. Urbana ekologija je nova arhitektonsko-urbanistička,
naučno-nastavna discipline, u čijoj teorijskoj osnovi su principi, pravila i
zakoni ekološke ravnoteže. Sa urbano- energetskog stanovišta postoji potreba
vrednovanja stepena izgrađensti gradskog zemljišta sa stanovišta količne
akumulirane sunčeve energije. Rezultat analize ukazuje, da je sa smanjenjem
stepena izgrađenosti prisutan rast solarnih vrednosti faktora akumulacije,
radijacije, evaporacije, i ventilacije, kao i pad vrednosti faktora zasenjenja
građevinske površine, prema
ukupnoj površini bloka, čiji se
odnos kreće u intervalu od 0.4-1.2,
u okviru ovog rada uzet je kao drugi
klasičan urbanistički pokazatelj,
koji može biti doveden u odnos sa
potrebama za uvođenje pasivnog
zahvata solarne energije. [to su veće
vred-nosti koeficijenta Sk, to su
veće gabaritne površine omotača
objekata, to su veće površine za
energetsku apsorpciju i emisiju;
iz tog proizilazi, da je uticaj takve
prostorne konfiguracije osetljiviji
na energetske tokove razmene sa
spoljašnjim okruženjem, time je
istovremeno i veći uticaj koeficijenta
Sk na promenu mikro klime u
urbanističkom bloku, kao i stvaranju
internih vazdušnih struja.
2. Sinteza gradacione
analize solarnog faktora
U tabeli 1, prikazana je sinteza
gradacione analize karakterističnih
Tabela 1 Kategorizacija stepena izgrađenosti urbanog bloka sa pripadajućim solarno uticajnim faktorima
[206]
energija
Slika 1 Dekompozicione varijante stepena iskorišćenja zemljišta urbanog bloka
Tabela 2 Kategorizacija stepena iskorišćenja zemljišta u urbanom bloku
sa pripadajućim solarno uticajnim faktorima
solarno uticajnih faktora, koji prate
stepen izgrađenosti urbanog bloka. U
okviru analize, analizirani su sledeći
faktori: akumilacija, radijacija,
evaporacija, ventilacija i zasenjenje.
Rezultat analize ukazuje, da je sa
smanjenjem stepena izgrađenosti
prisutan rast solarnih vrednosti
faktora akumulacije, radijacije,
evaporacije, i ventilacije, kao i
pad vrednosti faktora zasenjenja.
Upotrebljiv rezultat za ocenu
solarnih karakteristika bloka, na
osnovu stepena njegove izgrađenosti
je solarni faktor stepena
izgrađenosti (Sisol) koji se kreće
od 2.63 za prvu kategoriju (Si1),
do 3.72 za petu kategoriju (Si5).
Ocena vrednostri faktora stepena
izgrađenosti data je u opsegu od 0.2
do 1.0.
3. Solarna efektivnost
stepena iskorišćenja
zemljišta [Sk]
Na slici 1, prikazana je polazna
shema za dekompoziciju urbanog
bloka, sa stanovišta stepena
iskorišćenja zemljišta. Kao i u
predhodnom slučaju za stepen
izgrađenosti (Sin), i za sepen
iskorišćenja zemljišta (Skn), pošlo
se od kvintne kategorizacione
vrednosne podele u odnosu na stepen
iskorišćenja zemljišta i to za: prvu
grupu Sk1=1.2, drugu grupu Sk2=1.0,
Slika 2 Grafički prikaz solarno relevantnih koeficijenata
za stepen iskorišćenja zemljišta urbanog bloka, i
ocena njigovih vrednosti
[207]
treću grupu Sk3=0.8,
četvrtu grupu Sk4=0.6
i za petu grupu
Sk5=0.4.
I u ovoj
kategorizacionoj
podeli uzeti su u
obzir uticajni faktori
od bitnog značaja za
solarno energetsku
konverziju, i to:
faktor akumulacije,
radijacije, evaporacije,
ventilacije i zasenjenja. Sa porastom
stepena iskorišćenja zemljišta rastu i
vrednosti koeficijenata akumulacije,
radijacije i zasenjenja, a opadaju
vrednosti koeficijenata evaporacije i
ventilacije. Zbog ove suprotnosti, a
približno istih apsolutnih vrednosti
koeficijenata sa suprotnim trendom
promene u odnosu na promene
vrednosti koeficijenta Skn, imamo
relativno male prome-ne solarnog
faktora stepena iskorišćenja (Sksol),
koji se kreće u intervalu od 3.24 za
Sk1 do 3.32 za Sk5. Ocena vrednosti
data je u rasponu od 0.2 za Sk1 do
1.0 za Sk5.
Na slici 2, dat je grafički prikaz
funkcionalne raspodele koeficijenata
od bitnog značaja za maksimalan
prijem pasivnog solarnog zahvata
uz varijante promene stepena
iskorišćenja zemljišta u urbanom
bloku. Sa grafičkog prikaza može
se uočiti da je uticaj faktora
solarnog zasenjena za peti nivo
podele (Sk5) minimalan a za prvi
nivo (Sk1) maksimalan. Na sličan
način ponašaju se i akumulacioni
i radiacioni faktori, dok faktori
evaporacije i ventilacije imaju obrnut
tok.
1. Zaključak
Sinteza solarna efektivnosti stepena
izgrađenosti [Si] i stepena
iskorišćenja zemljišta [Sk]
Slika 3 Grafički prikaz dekompoziciono korekcionih
solarnih koeficijenata stepena izgrađenosti (Sin) i
stepena iskorišćenja zemljišta (Skn urbanog bloka.)
energija
Na grafičkom prikazu (v. Sl. 3),
dat je dekompozicioni prikaz
relevantnih solarnih faktora za
stepen izgrađenosti (Sin), i stepen
iskorišćenja zemljišta (Skn). NJihova
tačka preseka (Pkr), nalazi se
približno u vrednosnom intervalu
oko 0.675 (3.273). Značajno je, da
od 0.2 do 0.675 dominantan uticaj
ima faktor stepena iskorišćenja,
a od vrednosti 0.675 dominantnu
ulogu pre-uzima faktor stepena
izgrađenosti urbanog bloka.
2. Literatura
1. Prvi međunarodni maučni skup“
Urbana ekologija Niš, Univerzitet
u Nišu 1992. god. ISBN 86-7879003
2. R. Mančić, „Osnovni zakoni
urbane ekologije“, „Facta
universitatis“ serija „working and
living enviromental, protection“ ,
VOL,1,No 1, Niš 1996, str 1.
3. Kuražkovskij Nikolaevich,
„Osnovì vseobščej ekologii”,
RostvskiJ. Universitet, Rostov-naDonu, 1992. god
4. N.F. Rejmers, „Nadeжdì na
vìжivanie cheloveчestvaKonceptualnaja ekologija»
Moskva 1992.
5. Paul Andre, «Osnove modela
ekolo¡kog sistema» Beograd 1994.
6. R. Mančić “Industrijski objekti i
urbanizacija”,Ekoman- Niш 1996
7. J. Dimitrijeviћ, «Nove metode za
ocenu efekta mera zastite zivotne
sredine u urbanim prostorima»:
doktorska disertacija, Fakultet
zaшtite na radu, Nis,1994.god.
8. R. Mančić, “Ekologie i Sport
“Nauchna konferencija ,Ekoforum
za mir-Sofie, 1995 god.
9. Odum E.P.,Odum H.T. Natural
areas as necessary components
of mans total anvironment
Trans.37-th Mexico City, 1972.
Njashington,D.C.,1972.P. 178189.
10. R. Mančić. ″Основи теорије
планирања животног
простора″, Екоман, Nis 2002.
11. R. Mančić.″Fundamentaljnie
zakony ekologii goroda″,
Mezdunarodnaja konferencija
″Predupreditel′nij inzenering
i okruzajushchaja sreda″ ,Nis
1995.
dr Miodrag Regodić, Vojna akademija, Beograd
mr Vladan Tadić, Ministarstvo odbrane, Beograd
UDC: 504.3 : 551.524/.55 : 528.8
Primena satelitskih snimanja
pri praćenju atmosferskih
pojava
Sažetak
Oduvek postoji realna potreba za neposrednim opažanjem i proučavanjem
pojava čije dimenzije prelaze gornju granicu ljudskih mogućnosti. Iz potrebe
da se dobiju novi podaci, da osmatranja i izučavanja budu objektivnija
od dosadašnjih sinteza, prihvaćen je novi istraživački metod – daljinska
detekcija. U radu su predstavljeni principi i elementi daljinske detekcije,
kao i osnovni aspekti primene daljinskih istraživanja pri istraživanjima
meteoroloških parametara i stanja atmosfere, u prvom redu ozona. Primena
satelitskih snimaka moguća je u svim fazama globalnog i sistematskog
istraživanja različitih atmosferskih pojava. Pri tim istraživanjima se koriste
aero i satelitski snimci različitih osobina, a analiza i interpretacija se
sprovodi vizuelnim i računarski podržanim postupcima.
Ključne reči: daljinska detekcija, životna sredina, atmosfera, satelitski snimak,
senzor.
A USAGE OF SATELLITE SURVEYS IN
MONITORINGATMOSPHERIC PHENOMENA
It has always been a real need to perceive (survey) directly and study the
events whose extent is beyond upper limitations of people’s possibilities.
In order to get new data, to make observations and studying much more
objective in comparison with so far syntheses - a new method of examination
- called remote sensing - has been adopted. The paper deals with the
principles and elements of remote sensing, as well as basic aspects of using
remote researches in researching meteorological (weather) parameters, and
the state of atmosphere, ozone firstly. Usage of satellite images is possible in
all phases of the global and systematic researching of different atmospheric
phenomena. In these researches are used plane and satellite images of
different characteristics, and the analysis and interpretation is carried out by
viewing and computer added procedures.
Key words: remote sensing, the environment, atmosphere, satellite image,
sensor .
I Uvod
Pod pojmom daljinskih istraživanja
u meteorologiji možemo smatrati
merenja i praćenja stanja atmosfere
pomoću različitih senzora ugrađenih
u svemirske letelice.
Tridesete godine 20. veka su označile
novu eru istraživanja u meteorologiji.
Tih godina su započela prva
istraživanja u meteorologiji pomoću
[208]
radiosondi. Na taj način su se mogla
registrovati osnovna svojstva atmosfere iznad prizemnog sloja, u
kojem se odvija život. Uvođenjem
radarskog sistema u meteorologiju,
oko 50-ih godina 20. veka, započelo
je opažanje padavina i sistema sa
“daljine”.
Počeci korišćenja meteoroloških
raketa za snimanje oblaka iz vazduha
energija
(oko 80 km iznad tla) datiraju iz
1949. godine. Rezultati dobijeni tim
istraživanjima su bili snažan podsticaj
razmatranju mogućnosti korišćenja
veštačkih Zemljinih satelita za
meteorološka merenja i opažanja, na
čemu su posebno intenzivno radile
velike sile - SAD i bivši SSSR.
Tako je već 01.04.1960. godine
lansiran prvi meteorološki satelit
nazvan TIROS-1 (Television InfraRed Operational Satellite), a lansiran
je u okviru američke svemirske
agencije NASA. Nakon tog prvog
lansiranja usledila je serija lansiranja
meteoroloških satelita u pomenutim
zemljama.
U pocetku su to bili sateliti koji su
imali polarnu orbitalnu putanju oko
Zemlje, na visini 600-800 km. Već
sredinom 60-ih godina lansiran je
prvi satelit u geostacioniranu putanju,
čije je kretanje bilo sinhronizovano
sa kretanjem Zemlje, na visini oko
36.000 km. Pored SAD-a i bivšeg
SSSR-a i neke druge zemlje su
počele intenzivno raditi na razvoju
meteoroloških satelita. Tu naročito
treba istaći Indiju, Kinu i Japan.
Do sada je lansiran veliki broj
meteoroloških satelita za operativne
i naučne potrebe (Nimbus,
Meteor, SNS, ESSA, Meteo-sat,
Terra i dr.). Oni su opremljeni
uređajima za snimanja i merenja
u vidljivom i infra-crvenom delu
elektromagnetskog spektra, kao i u
mikrotalasnom području. Pomoću
njih je načinjeno više stotina hiljada
snimaka oblaka, od kojih su neki
otkrili položaje novostvorenih
tropskih ciklona, odnosno uragana,
pa imaju veliko praktično značenje.
Vremenom su sateliti i senzori
ugrađeni u njima postojali sve
usavršeniji, omogućavajući snimanje
atmosferskih pojava u većem
broju spektralnih kanala i s boljom
prostornom i radiometrijskom
rezolucijom. S obzirom na visinu iz
koje snimaju, kao i način snimanja,
meteorološki sateliti su podeljeni
u dve grupe: geosta-cionirane i
polarnoorbitalne.
Geostacionirani meteorološki
sateliti se nalaze u ekvatorijalnoj
orbiti, krećući se ugaonom brzinom
i smerom jednakoj ugaonoj brzini i
smeru rotacije Zemlje. Zbog toga,
sateliti ostaju prividno nepokretni
prema Zemljinoj površini. Oni
rotiraju oko ose, koja je paralelna
sa osom rotacije Zemlje, brzinom
od oko 100 obrtaja u minuti. Za
prekrivanje snimanjem ukupne
Zemljine površine i praćenje
procesa u atmosferi potrebno je
da istovremeno u geostacioniranoj
putanji bude najmanje pet satelita
u radu. Osnovni zadatak tih satelita
je emitovanje snimaka Zemlje u
vidljivom i infracrvenom delu
spektra.
Polarnoorbitalni meteorološki sateliti
obilaze Zemlju po svojoj orbiti,
najčešće na visini od oko 800 km
i pri tome ugao inklinacije orbite
iznosi 81 ili 98 stepeni, a vreme
obilaska putanje traje 105 minuta.
Putanja satelita sinhronizirana je
sa Suncem, pa je tako omogućeno
opažanje meteoroloških pojava
uvek u isto vreme, zbog čega su
podaci kompatibilni u vremenu. Moć
razlučivanja tako dobijenih snimaka
veća je nego u onih što se dobiju iz
geostacioniranih satelita, ali im je
vidno polje znatno manje, pa time i
snimljena površina.
Osnovni instrumenti za snimanje
u meteorološkim satelitima su
telefotometar, skenirajuća TV
kamera, skenirajući radiometar u
infracrvenom području spektra i
mikrovalni radiometar, kao i niz
drugih instrumenata namenjenih za
različita specijalistička opažanja i
merenja.
U bivšem SSSR-u (Rusija) era
satelitske meteorologije započela je
1963. godine korišćenjem podataka
dobijenih pomoću satelita Kosmos.
Međutim, operativni podaci dobijeni
su nešto kasnije posredstvom satelita
METEOR. Druga generacija ruskih
satelita započela je lansiranjem
satelita METEOR-2, 1975. godine,
opremljenim brojnim uređajima za
daljinska opažanja.
Iako postoji veći broj meteoroloških
satelita, za europsko područje
najinteresantniji je geostacionirani
Slika 1 Satelit MOP-2 i prvi snimak
sistema Zemlja-atmosfera
dobijen iz METEOSATA druge
generacije, 1991. godine [5]
[209]
satelit METEOSAT, koji je lociran na
griničkom meridijanu iznad ekvatora,
na visini oko 36.000 km.
Sateliti iz serije METEOSAT,
lansirani u organizaciji Evropske
svemirske agencije (ESA), npr.
METEOSAT-5/MOP-2, METEOSAT67MOP-3 i METEOSAT-7INlIV
poslali su ogroman broj korisnih
meteoroloskih podataka (slika 1).
Meteorološki parametri koji su
registrovani pomoću tih satelita bili
su:
• temperatura površine mora
• izrada karata najviših vrhova oblaka
• izrada karata distribucije oblaka
• set bazičnih klimatoloških
podataka.
II Princip i primena
daljinske detekcije
Daljinska detekcija u užem smislu
obuhvata analizu i interpretaciju
različitih snimaka delova Zemljine
površine, načinjenih sa površine
terena, iz vazduha, ili iz kosmosa.
Početak njene istorije mogao bi biti
nastanak klasične fotografije, koja
se javlja 1839. godine i vezuje za
ime Francuza Dagera (Daguerre).
Deset godina kasnije, u Francuskoj
fotografija počinje da se primenjuje
pri izradi topografskih karata.
Naziv daljinska detekcija je slobodni
prevod engleskog termina Remote
Sensing. U francuskoj literaturi ovaj
termin se prevodi kao Teledetection,
u nemačkoj Fernerkundung, a u
ruskoj distancionnie issledoaniя.
Kod nas se, prema korišćenom
literaturnom izvoru, pojavljuju
i nazivi “daljinska opažanja”,
“daljinska istraživanja”,
“teledetekcija”, “daljinski metodi”,
“distanciona istraživanja”. Pojam
daljinska detekcija je najviše u
upotrebi.
Najpogodniju definiciju daljinske
detekcije dala je Evelin Pruit 1960.
godine koja glasi: ‘’Daljinska
detekcija predstavlja metod
prikupljanja informacija putem
sistema koji nisu u direktnom,
fizičkom kontaktu sa ispitivanom
pojavom ili objektom’’.
U stranoj literaturi srećemo i
definiciju koja kaže da je daljinska
detekcija nauka (u širem smislu i
umetnost) o prikupljanju podataka
o Zemlji bez fizičkog kontakta
sa njom. Podaci se prikupljaju
registrovanjem i snimanjem
odbijene ili emitovane energije
objekta i obradom, analiziranjem i
korišćenjem tog podatka.
energija
Slika 2 Princip daljinske detekcije
Obe definicije, kao i druge, vide
daljinsku detekciju kao postupak
izviđanja i snimanje Zemljine
površi iz vazduha, svemira ili sa
Zemlje, bez kontakta sa površinom
Zemlje. Danas se pod terminom
daljinska detekcija podrazumeva i
aerofotogrametrija uz uvažavanje
je fizička
površina Zemlje.
Objekat zrači
elektromagnetnu
energiju, koja
nosi informacije
o njegovim
osobinama.
Energija može
biti sopstvena
i reflektovana,
koja je saopštena
objektu iz
prirodnog ili iz
nekog veštačkog
izvora.
Energiju
registruje
senzor, koji se u
najvećem broju
slučajeva nalazi
na pokretnoj platformi (zemljinom
satelitu). Na osnovu složenog
elektronskog sklopa senzora
registrovani signal se prevodi u oblik
pogodan za obradu, odnosno nastaje
odgovarajući snimak u digitalnom
ili analognom obliku. Zatim, sledi
Slika 3 Osnovni elementi daljinske detekcije
specifičnosti fotografskog nastajanja
snimka.
Kod realizacije postupaka daljinske
detekcije jasno se može definisati i
izdvojiti nekoliko direktno povezanih
elemenata. U geonaukama, među
koje spada i geodezija, objekat
Slika 4 Satelitski snimci oblaka u više intervala spektara: A) infracrvenom, B) vidljivom i C) spektru vodene pare
[210]
energija
analiza snimljenog područja,
interpretacija rezultata i na kraju
upotrebljiva informacija (podatak) o
snimljenom sadržaju. Ta informacija
najčešće obuhvata saznanje o vrsti,
granicama prostiranja i intenzitetu
registrovanog fenomena. Princip
daljinske detekcije se jednostavno
može sagledati na osnovu slike 2.
Osnovni elementi koji učestvuje u
postupku daljinske detekcije su (slika
3):
• objekat - predmet istraživanja - A,
• elektromagnetna energija - B,
• senzor, platforma - C,
• snimak, analiza, interpretacija - D,
• informacija za upotrebu - obrađeni
podatak deljinske detekcije - E.
III Praćenje meteoroloških
pojava – oblaka i vetra
Jedna od najvažnijih primena
podataka dobijenih posredstvom
satelita u meteorologiji je praćenje
sistema oblaka, pri čemu se
registruje količina naoblačenja, te
vrste i visine oblaka tzv. nefanaliza.
Za te potrebe koriste se snimci oblaka
u vidljivom, infracrvenom termalnom
spektru i području vodene pare
(slika 4).
U infracrvenom delu spektra (slika
4A) dobijaju se informacije o
termalnim odnosima. Tako se vrhovi
oblaka prikazuju hladnim (na slici
bela boja), dok se tlo i površina
mora (kad nema oblaka) prikazuju
toplijim (na slici prikazano tamno).
Po pravilu, što je površina sa koje je
zračenje stiglo hladnija, na slici će
ona biti svetlija; za oblake to znači
da im se vrhovi nalaze na većoj
visini.
U vidljivom delu spektra zapažaju
se informacije o albedu, pa se gusti
vodeni oblaci na slici prikazuju
belim, a tlo i more tamnim (slika
4B).
Kod snimka načinjenog u spektru
vodene pare, sive nijanse prikazuju
sadržaj vodene pare u sloju između 5
i 10 km iznad tla, odnosno u srednjoj
i višoj troposferi (slika 4C).
Na slikama se mogu prepoznati
oblaci karakterističnih oblika i dovesti
ih u vezu s atmosferskim sistemima,
kao što su cikloni, anticikloni, ili
atmosferski frontovi. Tako se satelitski
snimci oblaka koriste kao važan
dijagnostički materijal u operativnoj,
posebno kratkoročnoj prognozi
vremena, zatim praćenju kretanja
tropskih ciklona i u druge svrhe.
Prepoznavanje oblaka na osnovu
digitalnih satelitskih podataka izvodi
se pomoću određenih programa
klasifikacije, pri čemu se koristi skup
merenja koja opisuju neki objekat
ili pojavu (pritisak, temperaturu,
albedo itd.). Za ta prepoznavanja
danas postoji više postupaka, a u
principu prepoznavanje uzoraka
može biti direktnim upoređivanjem
objekata i prototipova, te matematički
orijentisanim tehnikama koje se
zasnivaju na statističkom pristupu.
Pored prepoznavanja i svrstavanja
oblaka u tipove, kod klasifikacije
je potrebno prepoznavati i
klasifikovati podlogu na Zemlji: tlo,
vodu (oceane, jezera, reke), sneg
i led s obzirom na osobine oblaka
(temperatura područja u kojima se
javljaju i svetline).
SAR (Synthetic Aperture Radar)
ugrađen u ESA satelite (ERS-1
i ERS-2) omogućuje dobijanje
snimaka, koji se mogu primeniti
za računanje polja vetrova iznad
morske i okeanske površine.
Talasasta površina mora je izazvana
lokalnim poljem vetra, pa se
radarskim senzorom mogu meriti
elementi vetra. Naročito korisne
informacije o vetru dobijaju se u
priobalnim zonama. Mere se polja
vetra npr. površine 45 x 45 km u
pojasu širokom 500 km. ERS - SAR
podaci visoke rezolucije od 25 x 25
m i pojasom snimanja širokim 100
km pružaju jedinstvenu priliku za
računanje polja vetra nad površinom
okeana u kartama srednjeg razmera.
Na osnovu satelitskih snimaka
načinjenih radarskim postupkom
(SAR) moguće je izraditi karte
visoke rezolucije energije vetra, kao
dodatak merenjima za određivanje
lokacije, npr. mesta vetrenjače.
Karte vertikalne energije načinjene
na temelju SAR podataka mogu
se razmatrati kao komplementarne
standardnim meteorološkim poljima
merenja, pri tome mogu uspešno da
posluže i za simuliranje modela.
Pored merenja brzine i smera vetra
iznad mora i okeana, satelitskim
snimanjem je moguce ustanoviti
prosecne temperature povrsine mora,
za odredeni period vremena
IV Zaključak
Daljinska detekcija postaje sve
značajnija i nezaobilazna metoda
prikupljanja informacija o prostoru
uopšte. Sve vodeće satelitske misije i
programi, pored praćenja i snimanja
stanja najrazličitijih prirodnih i
društvenih pojava, mogu uspešno da
[211]
zadovolje sve zahtevnije zadatke u
ekologiji, meteoroloških parametara
i stanja atmosfere, u prvom redu
ozona. Primena satelitskih snimaka
moguća je u svim fazama globalnog
i sistematskog istraživanja različitih
atmosferskih pojava.
Nove generacije senzora ugrađenih
u svemirske letelice omogućuju
sistematsko osmatranje, snimanje
i merenje različitih relevantnih
podataka važnih za utvrđivanje
promena i procesa u moru, na kopnu
i u atmosferi. Na temelju tako
prikupljenih informacija moguće je
ukazati na aktualna zbivanja u tim
sredinama, ali i prognozirati prirodne
katastrofe.
Danas se ne može zamisliti
dugoročna strategija razvoja jedne
zemlje, kao i definisanje dugoročnih
mera zaštite životne sredine i upravljanja rizikom, bez uključivanja
informacija koje se dobijaju
posredstvom veštačkih Zemljinih
satelita.
Imajući u vidu sve naglašenije
potrebe očuvanja životne sredine, uz
sve veći razvoj industrije i proširenje
načina korišćenja prirodnih resursa
primenom novih i savremenih
metoda (kao što su satelitska
daljinska istraživanja) moguće je
ukazati na smernice za donošenje
relevantnih odluka o preventivnoj
zaštiti životne sredine.
V Literatura
[1] Halbouty, M, T. (1980): Geologic
significance of Landsat data for
15 great oil and gas fields. AAPG
Bull. 64/1.
[2] EOSAT (1991): Landsat Data
Users Notes, 6/2, 1991.
[3] ESA (1998): Fires. Earth Watching
Anthology. ESA - Eurimage.
[4] Oluić, M. (2001): Snimanje i
istraživanje Zemlje iz svemira.
Hrvatska akademija znanosti i
umjetnosti i Geosat, Zagreb
[5] Sabins, F. (1979): Oil occurrence
and plate tectonics as viewed on
Landsat images. Proc. 10th World
Petroleum Congres, Bucharest
energija
Mr Draško Kovač, dipl. ing.
»Riviera«, A.D., »Fakultet za pomorstvo« Kotor
UDC: 621.18.004
Efikasnost parnog kotla
loženog teškim tečnim
gorivom
Sažetak
Ovaj rad se bavi energijskom i eksergijskom analizom parnog kotla, baziranoj na Prvom i
Drugom zakonu termodinamike sa ciljem da se ispita moguünost poveüanja njegove efikasnosti.
Analiza je primijenjena na parni kotao ložen mazutom, koji je instalisan u industrijskoj toplani
»Riviera« Kotor.
U radu je iznijeto odreÿivanje relevantnih parametara parnog kotla. Na osnovu tih parametara
uraÿena je termodinamiþka (energijska i eksergijska) analiza parnog kotla Minel-TE-104, kojom se
obuhvatilo matematiþko odreÿivanje energijskog i eksergijskog stepena iskorišüenja parnog kotla.
Postavljen je matematiþki model za odreÿivanje eksergija supstanci i eksegijskog i energijskog stepena
iskorišüenja.
Eksergijska analiza predstavlja savremeni pristup u tretiranju energetskih procesa. Primjenom
relativno pojednostavljenih modela industrijskih energetskih procesa, omoguüena je analiza njihove
efikasnosti na jedan suptilniji naþin koji energetske procese ne tretira samo u kvantitativnom, veü i u
kvalitativnom smislu.
U radu je data uporedna primjena energijske i eksergijske analize procesa u parnom kotlu
loženog mazutom. Dobijeni rezultati jasno ukazuju na prednosti koje su posledica eksergijske analize,
prije svega ukazujuüi na potencijal koji nam stoji na raspolaganju u smislu poveüanja efikasnosti rada
kotla.
Kljuþne rijeþi: parni kotao, energija, eksergija, efikasnost, proces
EFFICIENCY OF FUEL OIL BURNED STEAM BOILER
This paper deals with the energy and exergy analysis of steam boiler, based on First and Second
law of thermodynamics in order to investigate the possibility of increasing its efficiency. The analysis
is applied to the fuel oil fired steam boiler, which was installed in industrial heating plant »Riviera«
Kotor.
The paper put forward in determining the relevant parameters of a steam boiler. Based on these
parameters was performed thermodynamic (energy and exergy) analysis of boiler Minel-TE-104,
which included mathematical determination the energy and exergy efficiency of steam boiler. A
mathematical model to determine the exergy of substances and exergetic and energetic efficiency.
Exergy analysis is the modern approach in the treatment of the energy process. By using a
relatively simplified model of industrial energy processes, enabled the analysis of their performance on
a more subtle way that does not address the processes of energy only in quantitative but also qualitative
terms. This is primarily reflected in the application exergy analysis process.
The paper gives a comparative application of energy and exergy analysis process steam boiler
fuel oil burned. The obtained results clearly indicate the benefits that result from exergy analysis,
primarily pointing to the potential that is available for us in terms of improved efficiency of the boiler.
Key words: steam boiler, energy, exergy, efficiency, process
[212]
energija
1. Uvod
Zadatak parnog kotla je da toplotu dobijenu sagorijevanjem goriva preda vodi i vodenoj pari,
koja na izlazu iz parnog kotla treba da ima odreÿeni pritisak i temperaturu.
Toplota proizvedena tokom sagorijevanja ne može u potpunosti biti predata vodi. Dio toplote se
gubi kroz konvekciju na plaštu kotla, a drugi dio kroz dimne gasove koji odlaze u atmosferu. Ova,
uslovno reþeno neiskorišüena toplota, ima dominantan uticaj na samu efikasnost kotla. Sa druge strane,
kako potrošnja goriva zavisi od efikasnosti kotla, to prethodno navedeno predstavlja dovoljno jak
razlog da se efikasnost kotla proanalizira na jedan sistematski i sveobuhvatan naþin. To je moguüe
postiüi primjenom energijske i eksergijske analize efikasnosti parnog kotla.
Tradicionalne metode analize energetskog-termalnog sistema bazirane su na energijskoj analizi
sistema, odnosno na Prvom zakonu termodinamike. Ali kako energijska analiza govori samo o
energijskom bilansu, ona ne daje odgovor na pitanja kvaliteta procesa transformacije energije koja se
dogaÿa u pojedinim djelovima sistema. Naime, kvalitet transformacije energije predstavlja u stvari
mjeru njenog iskoristivog potencijala. Drugi zakon termodinamike uvodi pojam eksergije kao jedan
moüan koncept u procesu analize energetskih-termalnih sistema, koncept koji obezbjeÿuje jednu
metodologiju dublje procjene kvaliteta procesa. Eksergijom se u stvari definiše korisni potencijal
sistema. Sa druge strane, eksergija ne predstavlja bilansno svojstvo za koje se može napisati zakon
konzervacije: ona se troši ili uništava usred ireverzibilnosti procesa i na taj naþin predstavlja potencijal
za ostvarivanje neke promjene. Eksergijska analiza otkriva da li je i u kojoj mjeri moguüe konstruisati
efikasniji sistem u smislu smanjenja izvora postojeüih neefikasnosti.
Ovaj rad se bavi energijskom i eksergijskom analizom parnog kotla loženog na mazut.
Proizvoÿaþ
Tip
MINEL
TE-104
Kapacitet
Pare
vode
t/h
2,5
Pritisak
bar
Gorivo
30
Mazut
Kotao (slika 1) se koristi u procesnoj industriji »Riviera« - Kotor za cijepanje masnoüa u pogonu bazne
hemije na postrojenju proizvodnje masnih kiselina.
Slika 1: Blok kotao Minel TE-104
[213]
energija
2. Energijska i eksergijska analiza
Termodinamiþka analiza obuhvata Prvi i Drugi zakon termodinamike.
Prvi zakon termodinamike je, u suštini, zakon o održanju energije. Zakon o održanju definiše
energetski bilans kojim je obuhvaüena razmjena energije u termodinamiþkom sistemu. Koliþina
energije koja prelazi kroz bilo koji stabilni sistem podvrgnut nekom procesu, prema ovom Zakonu,
može biti izražena kroz jednakost ulaznog i izlaznog energetskog fluksa:
E ul = E iz
(1)
Prvi zakon termodinamike ne tretira kvalitet energije, veü to omoguüava primjena Drugog zakona
termodinamike. Drugi zakon termodinamike govori o sposobnosti transformacije jednog oblika
energije u drugi oblik. Dio energije koji se potpuno pretvara u druge oblike energije naziva se
eksergija, a dio energije koji ne može da se transformiše naziva se anergija.
Energija = Eksergija + Anergija
2.1 Energijska analiza parnog kotla
U opštem sluþaju u parni kotao se dovodi napojna voda, gorivo i vazduh za sagorijevanje, a iz
njega odvodi proizvedena svježa para, dimni gasovi i pepeo kao nesagorivi dio goriva. Shematski
prikaz strujanja-toka materija kroz analizirani parni kotao prikazan je na slici 2. [3]
Slika 2: Shema strujanja-razmjene materija kroz parni kotao
Prema Prvom zakonu termodinamike za parni kotao, u kome nema transformacije toplotne
energije u mehaniþku (ne postoji rad, Lt=0), dovedena toplota je jednaka odvedenoj toploti pa je:
(2)
m f i f mv iv m i1 m p i pp m i2 Qk
m f i f - energija-toplota dovedena gorivom, koja se sastoji od
hemijske i unutrašnje energije goriva na temperaturi okoline to
mv iv - energija-toplota dovedena vazduhom, m i2 - energija-toplota vodene pare na izlazu iz kotla
m i1 - energija-toplota dovedena napojnom vodom
m p i pp - energija-toplota dimnih gasova na izlazu iz kotla
i pp
i p (t p ) - entalpija dimnih gasova pri tp
Qk - toplota odvedena konvekcijom i zraþenjem iz kotla u okolinu
to - temperatura okoline, tp - temperatura dimnih gasova
[214]
energija
Energija dovedena gorivom može se izraziti preko toplotne moüi goriva: [3]
m f H d m f i f t o mv iv t o m p i po
H d - donja toplotna moü goriva, i po
(3)
i p (t o ) - entalpija dimnih gasova pri t0
Uvrštavanjem (3) u (2) dobija se:
m f H d m i2 i1 m p i pp i po Qk
(4)
Gornji izraz (4) predstavlja toplotni bilans parnog kotla. Dijelom toplote dovedene gorivom (lijeva
strane jednaþine) poveüava se entalpija vode mase m od entalpije i1 do entalpije i2, pri þemu se voda
zagrijava i isparava. Dio toplote upotrebljava se za zagrijavanje gasova sagorijevanja od temperature
okoline do temperature na izlazu iz kotla. Takav se proraþun zasniva na definiciji toplotne moüi jer je
ona odreÿena uz pretpostavku da se gasovi sagorijevanja ohlade do temperature okoline. Konaþno, dio
toplote goriva predaje se okolini konvekcijom i zraþenjem. [3]
Energijski stepen iskorišüenja može se odrediti na dva naþina. Direktna metoda se temelji na
mjerenju pritiska i temperature pare i vode, ulaznih parametara i protoka goriva i vazduha. Indirektnom
metodom stepen iskorišüenja se odreÿuje tako da se odrede svi toplotni gubici, koji se zatim oduzimaju
od 100 %. Kod parnog kotla loženog mazutom uzimaju se u obzir izlazni gubitak dimnih gasova i
gubitak odavanja toplote na okolinu.
Ako se toplotni bilans razmatra sa stanovišta proizvodnje pare, onda je samo prvi þlan na desnoj
strani jednaþine (4) korisna toplota pa se energijski (termodinamiþki) stepen iskorišüenja parnog kotla
može odrediti iz izraza: [3]
m p i pp i po Q k
m(i 2 - i 1 (8)
K PK
1
mf Hd
mf H d
Iz gornjeg izraza može se zakljuþiti da üe energijski stepen iskorišüenja parnog kotla biti veüi
ako temperatura dimnih gasova tp bude niža, odnosno što bliža temperaturi okoline to. Postizanje
graniþnog stanja (tp= to) kod razmatranog kotla nije moguüe iz praktiþnih razloga. Takoÿe, energijski
stepen iskorišüenja se može poveüati ako smanjimo odvoÿenje i zraþenje toplote Qk , što se može
postiüi boljom toplotnom izolacijom kotla. Inaþe gubici nastali odvoÿenjem toplote preko dimnih
gasova su, u principu, znatno veüi od gubitaka Qk.
2.3 Eksergijska analiza parnog kotla
Može se smatrati da je parni kotao otvoreni sistem koji prolazi kroz proces stabilnog toka koji
obuhvata hemijske reakcije.
Shematski dijagram kotla prikazan je na slici 3. [1]
Slika 3. Model parnog kotla
[215]
energija
Metoda eksergijske analize (koja se može smatrati i analizom raspoloživosti) je prikladan alat
za postizanje efikasnijeg korišüenja energetskih resursa, obzirom da omoguüuje odreÿivanje lokacije,
uzroka, i realne veliþine nastalih gubitaka, kao i nastalih ostataka u nekom procesu.
Energijski (termodinamiþki) stepen iskorišüenja parnog kotla K PK (8) daje predstavu samo o
bilansu toplote, ne uzimajuüi u obzir kvalitet od koga zavisi radna sposobnost (eksergija). On ne
ukazuje na kompletnu transformaciju energije goriva u smislu Drugog zakona termodinamike. Zato je
uveden pojam eksergijskog stepena iskorišüenja K Ex .
Bilans eksergije za posmatrani model parnog kotla je prikazan na slici 4.
Slika 4. Shema bilansa eksergije
Bilans eksergije, odnosno eksergijska ravnoteža za otvoreni sistem može se prikladno napisati u
obliku [1]:
(9)
¦ E x ¦ E x E x g
in
out
Bilansna jednaþina eksergije za posmatrani model parnog kotla je:
m f ex f mv exv mex1 mex2 m p ex p Ex g
Ex f
m f ex f - eksergija goriva , Ex1
Ex v
mv exv - eksergija dovedenog vazduha za sagorijevanje
Ex 2
m ex 2 - eksergija vodene pare na izlazu iz parnog kotla
Ex p
m p ex p1 - eksergija dimnih gasova na izlazu iz kotla
(10)
m ex1 - eksergija napojne vode
Ex g - gubici eksergije zbog odvoÿenja i zraþenja toplote iz kotla u okolinu
Eksergija napojne vode
Eksergija napojne vode se prema [1] može odrediti iz sledeüeg izraza:
E x1 m >i1 i0 T0 s1 s 0 @
E x1
ª
T º
m c «T1 T0 T0 ln 1 »
T0 ¼
¬
Eksergija vodene pare
Eksergija vodene pare se prema [1] i [2] može odrediti iz sledeüeg izraza:
E x 2 m >i2 i0 T0 s 2 s 0 @
[216]
(11)
(12)
(13)
energija
Hemijska eksergijska analiza goriva
Razmatrani kotao je ložen mazutom þija su svojstva data u tabeli 1 [12]
Tabela 1. Hemijska svojstva goriva (mazuta)
c
0,847
h
0,117
Maseni udjeli
s
0,003
Eksergija goriva je izražena kao [11]:
Ex f
o
0,003
Donja
toplotna moü
Hd
kJ
42827
kg
w
0,030
m f ex f
(14)
m f MHd
(15)
odnosno kao [1]:
E x f
Šargut i Stiriliska [1] su pretpostavili da je odnos hemijske eksergije ( ex 0f ) i donje toplotne
moüi za þvrsta i teþna industrijska goriva isti kao i za þisto hemijske supstance koje imaju iste odnose
ex 0f
sastavnih hemijskih elemenata. Taj odnos je obilježen sa M
.
Hd
Za teþna industrijska goriva [11] može odnos specifiþne energije ex f i donje toplotne moüi
H d , za
O
d 0,5 dobro aproksimirati relacijom :
C
ex f
h
o
s§
h·
1,0374 0,1882 0,0425 0,2244 ¨¨1 2,0844 ¸
Hd
c
c
c©
c¹
Eksergijska analiza dimnih gasova
(16)
Dimni gasovi su izmjereni tokom rada parnog kotla pomoüu analizatora dimnog gasa i rezultati
su dati u tabeli 2.
Tabela 2. Izmjereni maseni sastav, maseni protok i temperatura dimnih gasova
CO2
(%)
N2
(%)
O2
(%)
SO2
(%)
H2O
(%)
.
mp
t
(ºC)
(kg/s)
15,73
73,10
5,66
0,03
5,48
0,95
280
Eksergija za hemijsku supstancu (kinetiþka i potencijalna eksergija su zanemarljive) je [1]:
E x p
E x pph E x 0p
Fiziþka eksergija dimnih gasova
Fiziþka eksergija idealnog gasa je data izrazima [1]:
§
T
p ·
¸
ex ph c p T T0 T0 ¨¨ c p ln R ln
T0
p 0 ¸¹
©
~
p
H
e x pph T T0 ¦ xk c p k R T0 ln
p0
k
~
p
H
Ex pph T T0 ¦ nk c p k RT0 ln
p0
k
[217]
(17)
(18)
(19)
(20)
energija
Hemijska eksergija dimnih gasova
Molarna hemijska eksergija idealnog gasa [1] je data izrazom:
~
p
~
0
ex M
R T0 ln 0
p 00
Molarna hemijska eksergija smješe gasova [1] je data izrazom:
~
~
~
0
ex M
¦ xi ex i 0 RT0 ¦ xi ln xi
i
(21)
(22)
i
Hemijska eksergija dimnih gasova [1] je data izrazom:
Ex 0p
~
nT ex M
0
(23)
gdje je:
nT - ukupan broj molova u smješi dimnih gasova,
xi - udio mola i -te komponente u smješi dimnih gasova i odreÿen je izrazom xi
ni
nT
Eksergijski stepen iskorišüenja parnog kotla
Eksergijski stepen iskorišüenja (K Ex ) predstavlja odnos ukupnog eksergijskog "autputa" prema
ukupnom eksergijskom "inputu" [1]:
Ex g
Exout Exin Ex g
1
K Ex
(24)
Exin
Exin
Exin
Eksergijski stepen iskorišüenja K Ex parnog kotla je prema [3], saglasno jednaþini (10) definisan
izrazom:
Ex 2 Ex1 mex 2 ex1 K Ex
(25)
Ex f
mf ef
K Ex
Razlika eksergija 'ex
H d ˜K PK ex 2 ex1 ˜
i2 i1 ex f
ex 2 ex1 može se izraþunati na sledeüi naþin:
'ex ex 2 ex1 i2 i1 To ˜ s 2 s1 (26)
(27)
Uvrštavanjem u jednaþinu (26) slijedi da je:
H d ˜ K PK §
s s ·
(28)
K Ex
˜ ¨¨1 To ˜ 2 1 ¸¸
ex f
i2 i1 ¹
©
To – temperatura okoline,
s2 – entropija vodene pare, s1- entropija napojne vode,
i2 – entalpija vodene pare, i1- entalpija napojne vode.
Na osnovu prethodno izvedenog, eksergijski stepen iskorišüenja K Ex zavisi od svojstva goriva
(Hd i exf) i od energijskog stepena iskorišüenja (ȘPK).
Gubici eksergije u parnom kotlu
Bilansna jednaþina eksergije (9) može se napisati u obliku:
E x1 E x f E x p E x 2 E x g
(29)
Iz gornje jednaþine gubici eksergije su:
E x g E x1 E x f E x p E x 2
(30)
[218]
energija
3. Rezultati i analize
Kao materijal za energijsku i eksergijsku analizu parnog kotla u ovom radu, korišüeni su
zabilježeni podaci tokom rada kotla iz pogonske dokumentacije toplane [12]. Takoÿe, korišüeni su i
rezultati mjerenja sastava, protoka i temperature dimnih gasova koje je uraÿeno pri izradi elaborata
Ekspertiza kotlarnice.
Na osnovu pogonskih parametara parnog kotla i izraþunatih veliþina, analitiþkim putem su
izraþunate eksergije i eksergijski gubici. Na kraju, prema jednaþinama (8) i (28) izraþunati su energijski
i eksergijski stepen iskorišüenja parnog kotla.
U tabeli 3 su prikazane polazne i izraþunate vrijednosti, odnosno rezultati.
Tabela 3. Polazne i izraþunate vrijednosti i rezultati
Proizvodnja (produkcija) svježe pare
x
m = 2,5 t/h = 0,70 kg/s
Produkcija toplote
Q' = 1,74 MW
Zagrijevna površina kotla
A = 71m2
Temperatura okoline
t0 = 15 ºC
Pritisak okoline
p0 = 1bar
Temperatura napojne vode
t = 110 ºC
Temperatura dovedenog vazduha
tv = t0 = 15 ºC
Temperatura mazuta
t = 90 ºC
Donja toplotna moü goriva (mazuta)
Hd = 42827 kJ/kg
Maseni protok (potrošnja) goriva
mf = 173 kg/h = 0,048 kg/s
Temperatura sagorijevanja goriva
t = 1500 ºC
Odnos spec. eksergije i donje topl. moüi
exf /Hd = 1,064
Temperatura dimnih gasova
tp = 280 ºC
Pritisak vodene pare
p = 30 bar
Temperatura vodene pare
t = 234 ºC
Entalpija vodene pare
i2 = 2804 kJ/kg
Entropija vodene pare
s2 = 6,186 kJ/kg
Eksergija napojne vode
E x1
37,80 kJ / s
Eksergija vodene pare
E x 2
716,86 kJ / s
Eksergija goriva
E x f
2.187,00 kJ / s
Fiziþka eksergija dimnih gasova
Hemijska eksergija dimnih gasova
[219]
E x pph
78,603 kJ / s , Ex pph
E x 0p
66,39 kJ / s , Ex 0p
1.585,23 kJ
1.338,44 kJ
energija
E x p
Eksergija dimnih gasova
145,00 kJ / s , Ex p
E x g
Gubici eksergije
2.923,67 kJ
1.362,14 kJ / s
Energijski stepen iskorišüenja
Șpk = 0,80 = 80%
Eksergijski stepen iskorišüenja
ȘEx = 0,31 = 31%
Dijagram energijske ravnoteže prikazan je na slici 5.
Slika 5. Energijski dijagram
Eksergijska efikasnost kotla ima relativno nisku vrijednost usled nepovratnosti koja nastaje
tokom procesa sagorijevanja i to je rezultat procesa transfera toplote sa plamena na vodu.
Slika 6. Eksergijski dijagram
Dva faktora utiþu na eksergijsku efikasnost kotla: eksergijski gubitak pri razmjeni toplote na
razmjenjivaþkoj površini kotla i eksergijski gubitak kroz dimne gasove.
Eksergija vazduha ( E x v ) jednaka je nuli jer vazduh u parni kotao ulazi sa temperaturom koja je
jednaka temperaturi okoline. Eksergija dimnih gasova ( E x ) na izlazu iz parnog kotla ne iskorišüava
p
se jer se dimni gasovi nepovratno miješaju s okolnim vazduhom, pa je eksergija dimnih gasova na
izlazu takoÿe gubitak eksergije.
Eksergijski stepen iskorišüenja zavisi od dva þinioca:
- Prvi obuhvata svojstvo goriva (Hd) i energijski stepen iskorišüenja (Șpk). Njime je obuhvaüen
odvod toplote dimnim gasovima i neposredni odvod toplote konvekcijom i zraþenjem.
[220]
energija
-
Drugi faktor može se izraþunati kao razlika eksergija vodene pare i napojne vode. Ovaj faktor
obuhvata nepovratnost sagorijevanja i prolaza toplote od produkata sagorijevanja na vodu i
vodenu paru.
Iz iskustva je poznato da eksergijski stepen iskorišüenja prema izrazu (28) polako raste s
poveüanjem temperature pare. Meÿutim, poveüanje temperature pare je praüeno znatnim poveüanjem
pritiska. Eksergijski stepen iskorišüenja parnog kotla znatno je manji od energijskog stepena
iskorišüenja. To je posledica gubitka eksergije zbog prolaza toplote, koji iznosi oko 25% eksergije
goriva. Tu su još i gubici zbog odvoÿenja toplote dimnim gasovima i zbog konvekcije i zraþenja [11].
Analiza eksergijskog bilansa (sl. 6) razmatranog parnog kotla T-104 pokazuje da 69% od
ukupne eksergije koja ulazi u sistem biva izgubljeno, dok preostalih 31% biva iskorišüeno. Najveüi
eksergijski gubitak nastaje od prenosa toplote (odvedena toplota konvekcijom i zraþenjem iz kotla u
okolinu) i kroz dimne gasove.
Kako bi se poveüala eksergijska efikasnost kotla, temperature dimnih gasova moraju biti
smanjene ili se dimni gasovi moraju upotrebiti u sistemima za iskorišüenje toplote. Gubici toplote se
mogu smanjiti i optimizacijom izolacije kotla.
Istraživanja i proraþun relevantnih parametara i efikasnosti parnog kotla u ovom radu, imala su
za cilj potpunije sagledavanje energijske i eksergijske problematike rada parnog kotla, radi dopune
dosadašnjih znanja na ovakvim i sliþnim ureÿajima i postrojenjima.
Sama eksergijska analiza treba da postane neizbježan pristup u analizi svakog procesa, jer njeni
rezultati jasno osvjetljavaju efikasnost ureÿaja ili procesa u najdubljem smislu te rijeþi.
LITERATURA
[1] T.J.Kotas, The Exergy Method of Thermal Plant Analysis, Kreiger P.C.M., Florida,1995.
[2] K.Wark, D.Richards, Thermodynamics, McGraw-Hill,1999.
[3] H.Požar, Osnove energetike I, Školska knjiga, Zagreb,1992.
[4] B.Udoviþiü, Energetika, Školska knjiga, Zagreb,1992.
[5] Z.Prelec, Energetika u procesnoj industriji, Školska knjiga, Zagreb,1994.
[6] B.Ĉorÿeviü, V.Valent, Termodinamika i termotehnika, Graÿevinska knjiga, Beograd,1991.
[7] Ĉ.Koziü, B.Vasiljeviü, Priruþnik za termodinamiku, Mašinski fakultet, Beograd,1991.
[8] Lj.Brkiü, T.Živanoviü, Parni kotlovi, Mašinski fakultet, Beograd,2002.
[9] Lj.Brkiü, T.Živanoviü, Termiþki proraþun parnih kotlova, Mašinski fakultet, Beograd,2002.
[10] M.Bogner, Termotehniþar, Poslovna politika, Beograd,1992.
[11] D.Maliü, B.Ĉorÿeviü, V.Valent, Termodinamika strujnih procesa, Graÿevinska knjiga,
Beograd,1980.
[12] Pogonski dnevnik rada toplane Riviera, Kotor, 2000.
[221]
energija
Tomislav Simović, Montinvest ad, Beograd
Milica Gvozdenović, Tehnološko-metaluruški fakultet, Beograd
Branimir Jugović, Tomislav Trišović, Institut tehničkih nauka SANU,
Beograd
UDC: 621.565.8:620.1
Sistem za održavanje
optimalne koncentracije
inhibitora i PH u rashladnim
sistemima
Uvod
Korozija je proces spontanog
razaranja konstrukcijskih
materijala, (uzrokovan fizičkim,
hemijskim i biološkim procesima)
koji je odgovoran za gubitak 1%
nacionalnog bruto proizvoda
pojedinačne nacionalne ekonomije.
Prema tome od velikog značaja
je razvoj metoda i tehnika za
smanjenje tog procesa. Nastanak
korozije se uglavnom veže za
direktan nagrizajući uticaj nekog
korozivnog agensa na nezaštićeni
čelik. Zavisno od dužine trajanja
uticaja korozivnih jedinjenja na
čelik i njihove agresivnosti, prije ili
posle će doći do stvaranja korozije.
Korozivni agensi koji izazivaju
koroziju su tzv aktivatori oksidacije
ili oksidansi. Sredstva odnosno
jedinjenja koja usporavaju koroziju
ili privremeno drže neko neutralno
stanje su inhibitori korozije1.
Hemijska jedinjenja koja utiču na
stvaranje homogenog pasivnog filma
na površini čelika su pasivizatori i
mogu da izazovu efekte privremene
antikorozivne zaštite. Zaštitna
sredstva mogu da budu oksidne,
metalne prevlake, specijalne boje i
lakovi.
Primena inhibitora korozije zauzima
posebno mesto i po specifičnosti
zaštite kao i po raširenosti primjene.
Inhibitori su supstance koje dodate u
korozionu sredinu smanjuju brzinu
korozije do tehnološki prihvatljivih
iznosa. Dodaju se povremeno ili
kontinuirano u zatvorene ili otvorene
sisteme. Inhibitori mogu biti anodni,
katodni ili kombinovani. Anodni
inhibitori mogu: a) uzrokovati
promjenu slobodne entalpije reakcije
Sažetak
U sistemima za klimatizaciju stambenog i poslovnog prostora radni fluid
je često voda. U uslovima velikih toplotnih opterećenja metalni materijali
koji se koriste su neplemeniti i kao takvi su veoma podložni svim vrstama
korozije. Fluid koji struji (voda) kroz takve armature i cevovode mora biti
posebno obrađen kako bi korozija materijala bila svedena na najmanju
meru jer pored ostećenja materijala dolazi do stvaranja naslaga korozionih
produkata na unutrašnjim elementima rashladne instalacije smanjujući
prolaženje toplote a time umanjuju energetsku efikasnost procesa. Materijali
rashladnog sistema i rashladni fluid (voda) se moraju održavati u određenim
parametrima kako bi se obezbedila maksimalna razmena toplote i
minimizirali toplotni gubici, a na taj način uštedela znatna količina toplotne
energije. U ovom radu je prezentiran automatski sistem za kontinualno
održavanje parametara rashladne vode kao i automatski sistem za tretman
vode koji služi za doziranje hemikalija u rashladni sistem. Sistem je
projektovan i montiran u bolnici u Tripoliju – Libija 2010 god.
Abstract
In air conditioning systems of residential and office space working fluid
is often water. In conditions of high heat loads metal materials used are
ignoble and as such are very vulnerable to all kinds of corrosion. Fluid
flowing (water) through such valves and piping must be specially processed
to corrosion of materials was reduced to a minimum, because in addition to
material damage, the deposits of corrosion products occurs on the internal
elements of the cooling installation by reducing the passage of heat and thus
reduce the energy efficiency of the process. Cooling system materials and a
cooling fluid (water) must be maintained in certain parameters in order to
provide maximum heat exchange and minimize heat loss, and thus saved a
considerable amount of heat. This document presents an automatic system for
continuous maintenance of cooling water parameters and an automatic water
treatment system that is used for chemical dosing into the cooling system. It
was designed and installed in a hospital in Tripoli - Libya 2010.
tako da povećavaju polarizaciju
anodne reakcije ili b) izazvati
pasivaciju anodnih površina. Katodni
inhibitori mogu: a) uzrokovati
promjenu slobodne entalpije reakcije
tako da povećavaju polarizaciju
katodne reakcije, b) izazvati
smanjenje katodne površine putem
taloženja nerastvornih ili slabo
[222]
rastvornih korozionih produkata ili
c) izazvati smanjenje koncentracije
oksidacionog sredstva u elektrolitu.
Neki inhibitori djeluju tako da
formiraju adsorbirani sloj na površini
metala koji povećava otpor u krugu
anoda - katoda. Delovanje inhibitora
može biti i kombinacija navedenih
mehanizama.
energija
inhibitora iznad neke granične
vrijednosti koncentracije. Npr., neki
organski inhibitori koji su u velikim
količinama prisutni u rastvoru,
počinju se ponašati kao akceptori
vodika smanjujući polarizaciju
katodne reakcije (npr. alifatski
aldehidi u kiselim otopinama).
Koncentracija inhibitora izražava se
najčešće u jedinicama mg dm-3 i u
ppm (parts per million).
Katodni inhibitori, dodati u bilo kojoj
količini, smanjuju brzinu korozije
i nisu “opasni”. U slučajevima u
kojima je katodna reakcija redukcija
kiseonika, inhibitor može reagovati
sa hidroksilnim jonom koji je
produkt te reakcije formirajući
na površini metala nerastvorni
hidroksid i tako smanjiti površinu
katodnih mesta. Najčešći primeri
ovih inhibitora su soli cinka i
magnezijuma koje formiraju
nerastvorne hidrokside i kalcijuma
koje formiraju nerastvorni karbonat.
Neki katodni inhibitori deluju
tako da bitno smanjuju količinu
kiseonika rastvorenog u elektrolitu
(oxygen scavengers), i tako pomeraju
ravnotežu reakcije redukcije
kiseonika ulevo.
U sredinama u kojima se tokom
katodne reakcije izdvaja vodonik,
neki inhibitori dovode do povećanja
polarizacije katodne reakcije
razvijanja vodonika. U ovu grupu
spadaju soli metala kao što su
arsen, bizmut i antimon i neki
organski spojevi koji formiraju sloj
adsorbiranog vodonika na površini
katode. Inhibitori koji deluju tako
da sprečavaju izdvajanje vodonika
sa površine metala mogu uzrokovati
difuziju vodonika
u metal i pojavu
Slika 1 Evansov dijagram korozijskog procesa pod
utjecajem anodnog inhibitora koji pasivira anodne
tzv. Vodonikove
površine metala – pasivirajući inhibitor
krtosti (hydrogen
embrittlement).
Anodni inhibitori koji djeluju tako da
pasiviraju površinu metala nazivaju
se još i “opasni” inhibitori, jer dodati
u nedovoljnoj količini, anodne
površine pasiviraju samo delimično,
slika 1. U tom slučaju, dolazi do
povećanje odnosa katodnih i anodnih
površina, pa se na preostalim
anodnim mestima korozija odvija
većom brzinom nego u sastavu bez
inhibitora. Za gvožđe i čelik važna
su dva tipa anodnih inhibitora: oni
koji nisu oksidaciona sredstva i
zahtijevaju prisutnost kiseonika u
elektrolitu (molibdati, silikati, fosfati
i borati) i oni koji su sami po sebi
oksidaciona sredstva (hromati i
nitriti).
Kao što se može videti sa dijagrama
(slika 1) struja korozije je znatno
veća sa nedovoljnom koncentracijom
inhibitora u rashladnoj vodi od
korozione struje u slučaju kada
inhibitora uopšte nema u rashladnoj
vodi. Najmanja struja korozije je
sa optimalnom koncentracijom
inhibitora jer je metal u pasivnoj
oblasti.
Grafički prikazi zavisnosti
brzine korozije s promenom
koncentracije inhibitora, imaju,
za većinu organskih i neke
neorganske inhibitore, izgled
adsorpcijskih izotermi. To ukazuje
da se inhibitorski mehanizam
barem delimično meže objasniti
adsorpcijom inhibitora na površini
metala. Brzina korozije se kod
većine inhibitora smanjuje s
povećanjem njihove koncentracije,
sve do postizanja granične brzine.
Moguće je da brzina korozije
raste povećanjem koncentracije
Pokazatelji
brzine
korozije
Brzina korozije je
osnovni parametar
koji pokazuje
korozionu
stabilnost metala i
veoma bitan faktor
pri izboru primene
određenog
konstrukcionog
materijala.
Najčešće
se izražava
promenom
mase, debljine,
[223]
mehaničkih i fizičkih svostava ili
gustinom struje korozije2,3.
Brzina korozije izražena preko
gubitka mase metala ili legura može
se odrediti iz izraza:
∆m=m1-m2/At
(1)
gde je ∆m (g/m2h) – gubitak mase
metala; m1 (g) – masa metala pre
korozije; m2 (g) – masa metala posle
korozije; A (m2) – površina metala; t
(h) – vreme razvoja korozije.
Ukoliko prilikom procesa korozije
dolazi do oslobađanja gasa ili se pak
gas troši po jedinici površine metala,
brzina korozije se izračunava na
osnovu izraza:
Kzapr=V0/At
(2)
gde je Kzapr (cm3cm-2h-1) – korozija
metala; V0 (cm3) – zapremina gasa
oslobođenog ili utrošenog pri
koroziji jedinice površine metala,
svedena na normalne uslove;
Kada su oštećenja nastala korozijom
ravnomerna po čitavoj površini
ispitivanog uzorka, brzina se korozije
može izračunati i kao smanjenje
debljine, d (mm/god), u određenom
vremenskom intervalu na sledeći
način:
d=∆m/Αρt
(3)
gde je: ρ (g/cm3) – gustina metala.
Brzina korozije se može odrediti i
na osnovu gustine struje korozije
određene elektohemijskim metodom,
koja se preko Faradejevog zakona
koristi za odrađivanje smanjenja
debljine na osnovu izraza:
V= 3,267 Μ jkor/nρ
(4)
gde je: V (mm/god) – brzina
korozije; jkor – (mAcm-2) – gustina
struje korozije; Μ - (gmol-1) molarna
masa metala ili ekvivalentna masa
legure; ρ (g/cm3) – gustina metala;
n – broj izmenjenih elektrona po
odigravanju kompletne reakcije.
Na osnovu određene brzine korozije
mogu se ispitivani materijali
razvrstati prema hemijskoj
postojanosti i mogućoj primeni u
uslovima korozije (Tabela 1).
Kvalitet rashladne vode u
zatvorenim sistemima za
hlađenje
Kvalitet rashladne vode4 koja se
nalazi u rashladnom sistemu pre
ubacivanja inhibitora korozije mora
da zadovolji kvalitetom koji je
energija
Tabela 1
(mg/L) of
CaCO3.
Treba
naglasiti da
ultračista
dejonizovana
voda može
takođe
oštetiti
neke
materijale
koji se
nalaze u
rashladnom
sistemu
iako je
provodnost
takve vode
ispod
50 μS/
cm. Voda
koja služi
za dopunjavanje
rashladnog
sistema
mora po
sastavu
biti ne
korozivna,
sterilna i
da smrzava
na -70C.
Tabela 2
Tabela 3
propisan domaćim standardom JUS
H.Z8.010 i 011; JUS H.Z8.010.
Voda koja se koristi za pripremanje
rashladnog fluida ne mora biti
destilovana, ali mora biti bez
mehaničkih nečistoća, primesa i
propisanog hemijskog sastava. Da
bi zaštitili infrastrukturu sistema
kroz koji voda cirkuliše, rashladna
voda mora biti specifičnih fizičkohemijskih karakteristika tj nesme biti
agresivna. Ukoliko nije adekvatnog
hemijskog sastava može izazvati
ozbiljna oštećenja materijala u
sistemu za hlađenje. Svojstva takve
vode su prikazana u sledećoj tabeli 2.
Ukupna trvrdoća označena je u ppm
Karakteristike takve vode se mogu
prikazati u sledećoj tabeli 3.
Ukupna trvrdoća označena je u ppm
(mg/L) of CaCO3.
Uređaj za kontinualno
merenje i podešavanje PH
vrednosti u zatvorenom
rashladnom sistemu
U rashladnim sistemima se etilen
glikol i drugi organici tokom
vremena oksiduju i kao krajnji
proizvod njihove oksidacije stvaraju
se kiseline koje smanjuju pH
vrednost. Snižavanjem pH vrednosti
čelik i gvožđe se depasivraju i brzina
korozije postaje nekoliko puta
[224]
veća. Da bi se ovaj problem rešio
neophodno je da se kontinualno
meri koncentracija hidroksilnih ili
vodoničnih jona i na osnovu tog
parametra se dodaje adekvatna
količina lužine kako bi se pH
vrednost držala u oblasti preko
pH=9. Naš tim je projektovao
i izveo sistem za regulaciju pH
vrednosti za najveću bolnicu u
Tripoliju – Libija (veća od naše
VMA). Sistem za regulaciju pH
vrednosti rashladne vode se sastoji
od rezervoara sa koncentroivanim
rastvorom natrijum hidroksida,
proporcionalne dozirne pumpe sa
indikatorom nivoa, pH elektode,
senzora protoka i elektoormara sa
PLC-om. Uređaj radi u automatskom
modu. Uslov automatskog rada
je postojanje protoka kroz potisni
vod rashladnog sistema što nam
daje indikator protoka. Uzorak za
merenje pH vrednosti se kontinualno
uzima (protok oko 50 litara na sat)
na potisnom vodu prvo fluid prolazi
kroz mehanički filter a potom kroz
ćeliku za merenje pH i vraća se
na usisni vod pumpe. pH vrednost
rashladne vode se kontinualno meri
pomoću staklene pH elektode sa
koje se signal vodi u transmiter
i koji uključuje proporcionalnu
dozirnu pumpu ako vrednost pH
padne ispod 8 a isključuje je kad
vrednost pH dostigne 10. U slučaju
prekoračenja vrednosti pH preko
11 i smanjenja vrednosti ispod pH
8 aktiviraće se svetlosni i zvučni
signal koji upozorava korisnika da
sistem za regulaciju pH ne obavlja
softverom definisan zadatak. U
tom slučaju korisnik mora da uzme
uzorak sa slavine za uzorkovanje i
ručnim pehametrom prekontroliše
vrednost pH rashladne vode.
Ukoliko se pokaže da je brojčana
vrednost pH niska ispod 8 kao i
na transmiteru najverovatniji uzrok
kvara je zaprljanost elektode koju
treba očistiti u blagoj kiselini. Alarm
i zvučni i svetlosni će se aktivirati i
u slučaju nestanka rastvora natrijum
hidroksida a po njegovom dosipanju
alarm prestaje da bude aktivan.
Uređaj za dopunjavanje
rashladne vode u
zatvorenom rashladnom
sistemu
Da bi se održavala optimalna
koncentracija inhibitora u
rashladnom sistemu neophodno
je da se uzme uzorak na slavini za
uzorkovanje (Slika 3) i uz pomoć
test kita ispita koncentracija fosfata
energija
koju treba dodati
da bi se održala
njegova optimalna
koncentracija.
Ukoliko je
koncentracija
inhibitora u
propisanim
parametrima
dozirna pumpa se
prebacije na rad u
automatskom modu.
S obzirom da postoji
mogućnost da u toku
eksploatacije sistema
dođe do gubitka
rashladne vode
neophodno je iz
uređaja za hemisku
pripremu vode
ubrizgati u rashladni
sistem adekvatnu
količinu rashladne
vode. U vodu za
dopunjavanje mora
se dodati adekvatna
količina aditiva i
inhibitora pre nego
Slika 3 Uređaj za dopunjavanje rashladne vode u zatvouđe u rashladni
renom rashladnom sistemu
sistem. Rešenje
koje je realizovano
u bolničkom
kompleksu je
prikazano na slici
3 i radi na sledeći
način. Kada je
potrebno dopuniti
rashladni sistem
radnik zadužen za
održavanje sitema
otvara slavinu za
ulaz sveže vode
koja prvo prolazi
kroz nepovratni
ventil pa potom
ulazi u impulsni
merač protoka i
potom se ubrizgava
u glavni potisni vod
rashladnog sistema.
Impulsni merač
protoka meri trenuti
protok i na osnovu
njega komanduje
inpulsnoj dozirnoj
pumpi koja dozira
adekvatnu količinu
– fosfonata. Ukoliko je koncentracija inhibitora. U slučaju nestanka
u sistemu nedovoljna radna dozirna
vodenog rastvora sa inhibitorom
pumpa se pomoću prekidača prebaci
iz rezervoara sa inhibitorom PLC
na manualni mod i uključi da
će uključiti svetlosni i zvučni
ubaci potrebnu količinu inhibitora
alarm i zaustaviti dalje ubacivanje
u rashladni sistem. Na osnovu
neobradjene rashladne vode. Kada
izmerene koncentracije inhibitora
se rezervoar dopuni sa inhibitorom
i zapremine rashladne vode može
uređaj je ponovo spreman za rad.
se veoma tačno odrediti potrebna
Dozirna pumpa treba da ubaci 1 litar
količina (u litrima) inhibitora
koncentrovanog inhibitora na jedan
Slika 2 Uređaj za kontinualno merenje i podešavanje pH
vrednosti u zatvorenom rashladnom sistemu
[225]
kubni metar dodate vode u rashladni
sistem.
Zaključak
U radu su prikazani samo osnovni
podaci o koroziji materijala u
slučaju kada se koriste anodni
inhibitori korozije na bazi fosfonata.
Dati su izrazi za brzinu korozije u
zavisnosti od metode ispitivanja
kao i polarizacioni dijagram gde
se jasno uočava da je minimalna
brzina korozije samo u slučaju
ako se koncentracija inhibitora
održava u optimalnim vrednostima.
Pokazane su i sheme automatskih
uređaja za kontinualno merenje i
podešavanje pH vrednosti i uređaja
za dopunjavanje rashladne vode u
zatvorenom rashladnom sistemu.
Prezentovani sistem već šest meseci
uspešno funkcioniše u Medicinskom
centru Tripoli - Libija.
Literatura
1. Mladenović, S. „Korozija
materijala“, TMF, 1990.
2. Shreir, L.L. Corrosion II,
London and Boston, NewnessButterworths, 1976.
3. Payer, J.H. Electrochemical
Techniques for Corrosion, 2nd Ed.
Houston, NACE, 1978.
4. Corrosion of metalsand Alloy –
Alternate Immersion Test in Salt
Solution, ISO 11130/99.
energija
Dr Miloš Banjac, van. prof.
Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu
Uroš Dekić, dipl. inž. maš.
PD TENT d.o.o, Obrenovac
UDC: 620.9.91:621.311.243.001.573/004
Analiza rada vodenog
skladišta sunčeve energije
kao sezonskog toplotnog
rezervoara toplotne pumpe
Sažetak
U radu je prikazana moguünost ostvarivanja apsolutno održivog grejno-rashladnog sistema sa toplotnom pumpom,
prijemnicima sunþeve energije i sezonskim skadištem toplotne energije u vidu u zemlju ukopanog vodenog rezervoara. Sa
aspekta održivosti sistema, u smislu da svojim radom neüe ni u jednom segmentu niti narušiti niti promeniti prirodno okruženje
u kome se koristi, te fiziþkih ograniþenja vezanih za veliþinu rezervora, a sa ciljem odreÿivanja potrebne površine prijemnika
sunþeve energije, izvršena je numeriþka analiza rada ovog sistema u periodu od jedne godine. Pri tome sukcesivni proraþuni
vršeni su za vremnske internale od po jednog sata, pri þemu su kao uticajni þinoci uzimani: eksprimentalno ustanovljene
srednje temerature spoljašnjeg vazduha i srednje temerature površine zemlje, kao i proseþno dozraþena energija sunþevog
zraþenja.
1.
Uvod
U današnje vreme, usled sve veüe ugroženosti životne sredine, korišüenje obnovljivh izvora energije sve više dobija na
znaþaju. Pored njihovog osnovnog svojstva – obnovljivosti, veoma þesto i ekonomski razlozi mogu da imaju presudan uticaj
njihovu primenu. Drugim reþima, þesto se dešava da se upotrebom obnovljivih izvora energije, pored smanjivanja štetnih
uticaja na životnu sredinu, znaþajno smanjuju eksplatacioni troškovi pojedinih sistema. Isto tako, þesto se dešava i da
preteranom eksploatacijim ovih izvora, poremete prirodni mehanizmi kojim se ovi izvori obnavljaju i vraüaju u prvobitno
stanje, te se na taj naþin ugrožava njhivo svojstvo obnovljivosti.
Kao jedan od obnovljivih izvora energije, za koje je oduvek vladala poveüana zainteresovanost, bila je i toplotna energija
zemlje. Teorijski neograniþen ovaj izvor toplotne energije, zbog svoje niske temperature dugo nije mogao biti iskorišüen. Tek
je poslednjih decenija, sa razvojem i masovnom proizvodnjom toplotnih pumpi, on doživljava svoju punu afirmaciju. Meÿutim
veü sa prvim godinama korišüenja i crpljenja energije zemlje, pojavili su se i novi problemi vezani za održivost ovih izvora –
tzv. toplotno iscrpljivanje zemljišta. Donekle, problem je prevaziÿen korišüenjem ovih sistema i za hlaÿenje objekata u letnjem
periodu, kada se toplotne energija prikupljena iz hlaÿenog prostora akumulisala u zemlju. Meÿutim, pokazalo se da ova
energija nije dovoljna da sistem u potpunosti ostane održiv. Ona je samo omoguüila da se na neko vreme odloži problem
toplotne isrpljenosti izvora. Zarad prevazilaženja ovog problema, nastala ideja o ukljuþivanju u grejno-rashladni sistem
toplotne pumpe dopunskog podsitema – toplotnog skladišta energije – u zemlju ukopanog rezervoara sa vodom, i prijemnika
sunþeve energije, koji üe dopunskom toplotnom energijom snabdevati ovo toplotno škladište [1, 2].
Matematiþko modeliranje ovakvih sistema [1-4], do sada se odnosilo iskljuþivo na dobijanje matematiþih relacija, koje pri
u ustaljenim vrednostima toplotnih optereüenja omoguüiju odreÿivanje temperaturnog polja oko u zemljištu ukopanog
rezervoara.
Smatrajuüi da ipak održivost zauzima kljuþno mesto za rad ovih grejno-rashladnih sistema, u ovom radu je upravo sa
aspekta kriterijuma održivosti – potpunim povratkom u polazno stanje svih parametara u okolini i samom sistemu,
predstavljena je metodologija za odreÿivanje potrebne veliþine prijemika sunþeve energije (PSE), te analiziran uticaj izmeÿu
veliþine podzemnog skladišta (rezervora) energije i potrebnog veliþine PSE.
2.
Fiziþki model
Za fiziþki model, za koji je definisana metodologija, uzet je grejno-rashladni sistem toplotne pumpe, tipa voda-voda, koji
kao toplotni izvor zimi, odnosno toplotni ponor leti, koristi u zemlju ukopani, u potpunosti ispunjen vodom, sferiþni rezervoar,
zapremine 300 m3 (sl. 1). Grejno-rashladni sistem tokom cele kalendarske godine obezbeÿuje temeraturu vazduha od 20ºC,
unutar model objekta – kuüe srednje teške gradnje, locirane na podruþju Beograda. Zbog klimatskih uslova ovog podruþja i
veüeg crpljenja toplotne energije iz rezervoara zimi, razlika nedostajuüe toplotne energije nadoknaÿuje sunþevom energijom
[226]
energija
prikupljenom preko spoljašnjeg PSE, direktno povezanim sa ukopanim rezervoarom. Za vreme prelaznih perioda (izmeÿu
sezona grejanja i hlaÿenja), skladište ne radi aktivno. Energija sunþevog zraþenja se prikuplja tokom cele godine, izuzev
perioda od 16. aprila – 8. maja. Tokom svih ovih procesa, u zavisnosti od vrednosti temperature vode u rezervoaru i
temperature zemlje u koju je rezervoar ukopan, ostvaruje se odgovarajuüi toplotni protok izmeÿu rezervoara (vode) i zemlje.
Slika 1. Prikaz grejno rashladnog sistema sa podzemnog skladištem toplotne energije
Metodologija za odreÿivanje potrebnih dimenzija PSE, temelji se na spregnutom proraþunu tri energetska bilansa:
x toplotnih potreba model objekta,
x energetskog bilansa ukopanog rezervoara i
x energetskog bilansa PSE.
Zbog nepostojanja egzaktnog rešenja diferencijane jednaþine koja opisuje neustaljeno temeratursko polje u beskonaþnom
masivu oko ukopanog rezervoara promenljive toplotne izdašnosti, ovaj nestacionarni problem rešavan je numeriþki,
sukcesivnim proraþunima za vremenske intervale od jednog sata. Vremenski interval od jednog sata izabran je zbog
dostupnosti tzv. þasovnih vredosti spoljašnjih uticajnih parametra:
x temerature spoljašnjeg vazduha,
x temeprature površine zemlje i
x dozraþene energije sunþevog zraþenja.
Drugim reþima ovaj nestacionarni problem rešavan sa 8760 proraþuna definisanih za stacionarne uslove rada tri navedena
podsistema, þije se dejstvo meÿusobno spreže na samom energetskom bilansu podzemnog skladišta toplotne energije.
S obzirom na relativno male promene temperature vode u rezervoaru, smatrano je da vrednosti koeficijenta grejanja,
odnosno koeficijenta hlaÿenja imaju stalnu vrednost. Za potrebe proraþuna predpostavljano je da su ove vrednosti iste i da
iznose İ g = İ h = 4.
3.
Bilans energije skadišta toplotne energije
Kljuþni i svakako najosetljiviji deo metodologije predstavlja ne samo formiranje, nego naþin izraþunavanja pojedinih þlanova
energetskog bilansa za podzemno skladište toplotne energije.
Sam energetski bilans za podzemno skladište toplotene energije - rezervoar vode - za period od jednog sata može se
izraziti na sledeüi naþin (slika 2):
ĭul,1h ˜W ǻU ĭizl,1h ˜W
(1)
gde su oznaþeni sa:
ĭul,1h - toplotni protok koji se predaje vodi u rezervoaru i koji u toku jednog sata ima stalnu vrednost,
ĭizl,1h - toplotni protok koji predaje voda iz rezervoara i koji u toku jednog sata ima stalnu vrednost,
IJ - vreme od 1h,
ǻU - promena unutrašnje energije vode u rezervoaru, koja se odreÿuje kao:
ǻU U w ˜ Vw ˜ c pw ˜ ǻ-w
(2)
gde su oznaþeni sa:
U w - gustina vode (za uslove proraþuna srednja vrednost gustine vode za pretpstavljeni opseg radnih temperatura 5-35 °C
iznosila je U w 998,2 kg/m3 )
Vw - zapremina rezervoara
c pw - specifiþni toplotni kapacitet vode pri stalnom pritisku (za uslove proraþuna c pw
ǻ-w - promena temperatura vode u rezervoaru
[227]
4,186 kJ/(kg K) ),
energija
Slika 2. Toplotni bilans za rezervoar
Buduüi da se proraþun podzemnog skladišta toplotne energije vrši sukcesivnim proraþunima za vremenski period od jedne
kalendarske godine, preciznije od 15.oktobra u 0.00 h do 14.oktobra u 24 h sledeüe godine, i u tom periodu razliþitih potreba
objekta za enegijom, a time i suštinski razliþitih toplotnih protoka, proraþun se sprovodi u þetiri dela i to za period:
1. grejne sezone (15. oktobra - 15. aprila)
2. proleüni prelazni period (16. aprila - 8. maja)
3. sezone hlaÿenja (9. maja - 16. septembra)
4. jesenji prelazni period (17. septembra - 14. oktobra).
Prema ovoj podeli, toplotni protoci ĭul,1h i ĭizl,1h u pojedinim periodima su odreÿivani kao:
ĭul,1h
ĭsol,1h
­
°
0
°
®
ĭ
° sol,1h ĭprim,1h
°¯
ĭsol,1h
grejanje
prelazni
hlaÿenje
(3)
prelazni
odnosno,
­ĭO ,1h ĭpred,1h grejanje
°
ĭO ,1h
prelazni
°
ĭizl,1h ®
(4)
ĭO ,1h
hlaÿenje
°
°¯
ĭO ,1h
prelazni
Veliþina protoka toplotne enegije koja se preda vodi u rezervaru, a koja potiþe od energije Sunþevog zraþenja dozraþene na
PSE ĭsol,1h odreÿuje se na osnovu izmerenih i obraÿenih þasovnih vrednosti o dozraþenoj energiji Sunþevog zraþenja po
jedinici površine,
Msol [5], stepenu korisnosti PSE i predpostvljenoj površini PSE
ĭsol,1h
Msol ˜K ˜ A
(5)
Toplotni protok ĭO ,1h koji vode iz rezervoara predaje okolnom zemljištu, i obrnuto, kada temperatura vode padne ispod
temperature okolnog zemljišta, odreÿuje se pomoüu izraza za stacionarno provoÿenje toplote za sluþaj kugle ukopane u
polubeskonaþni i izotropni masiv [6]:
-w -z,1m (6)
ĭȜ,1h 4 ˜ S ˜ R ˜ Oz
R
1
2˜h
gde su oznaþeni sa:
R - polupreþnik sferiþnog rezervoara (za uslove proraþuna i R 3 3 ˜ Vw /(4 ˜ S ) 4,153 m );
Oz - toplotna provodnost zemlje;
h - dubina ukopavanja rezervoara, mereno od centra sfere do dubine zemlje od 1 m (za uslove proraþuna i h
-w - temperatura vode u rezervoaru;
-z,1m - temperatura zemlje na dubini od 1 m
7 m );
Vrednost toplotne provodnosti zemlje Oz zavisi od vrste i sastava zemljišta. Usled uvedene pretpostavke o
izotropnosti zemlje, smatra se da je vrednost toplotne provodnosti zemlje konstantna tokom godine. U razmatranom sluþaju, u
skladu sa karakteristikama zemljišta našeg podneblja, uzeto je da je Oz 1, 7 W/(m K) .
[228]
energija
ýasovne temperature zemlje na dubini od 1 m od njene površine za podruþje Beograda, koja su prikupljena u periodu od
1.1.1997. do 31.12.2006. godine, preuzete su od Republiþkog hidromeorološkog zavoda Srbije, [5]. Osrednjavanjem i
svoÿenjem ovih vrednosti na period od jedne godine, formirane su þasovne promene temperatura zemlje na dubini od 1 m za
tzv. reprezentativnu godinu.
Toplotni protok ĭpred,1h , koji tokom grejnog perioda voda iz rezervora, kao toplotnog izvora predaje radnom fluidu
toplotne pumpe, a na osnovu usvojene vrednosti koeficijenta grejanja toplotne pumpe, iznosi
3
ĭpred,1h
ĭgr ,
(7)
4
gde je oznaþeno sa:
ĭgr – toplotni protok kojim se zadovoljavaju potrebe grejanja model objekta. Vrednost ovog toplotnog protoka, za razmatreani
model, odreÿuje se kao:
ĭgr
k Aom -vaz -amb k Apod -vaz -pod (8)
gde su oznaþeni sa:
k - srednji koeficijent prolaženja toplote kroz omotaþ model-kuüe(kuüu kuüu srednje teške gradnje, k = 0,4 W/(m2K));
Aom - ukupna površina omotaþa model-kuüe;
-vaz - projektovana temperatura vazduha u model-kuüi ( -vaz 20qC );
-amb - temperatura spoljašnjeg vazduha
Apod - površina poda (osnove) model-kuüe
-pod - temperatura poda model-kuüe ( -pod
3qC )
Prvi þlan u izrazu (8) predstavlja þasovne gubitke kroz omotaþ kuüe, dok drugi þlan predstavlja gubitke toplote kroz pod
objekta.
Za predpostavljenu model-kuüu – dvospratnu kuüu, pravougaone osnove i ukupne površine Auk 2 ˜ Apod 2 ˜ 85 170 m 2
i meÿuspratne visine od 3 m, površina omotaþa iznosi Aom 307 m 2 .
ýasovne temperature spoljašnjeg vazduha za podruþje Beograda, koje su prikupljene u periodu od 01.01.1997. do
31.12.2006. godine, preuzete su od Republiþkog hidromeorološkog zavoda Srbije, [5]. Osrednjavanjem i svoÿenjem ovih
vrednosti na period od jedne godine, formirane su þasovne promene temperatura vazduha za tzv. reprezentativnu godinu.
Pri proraþunu toplotnog protoka kojim se zadovoljavaju potrebe grejanja model objekta, tzv. infiltracioni gubici
obuhvaüeni su usvojenom niskom vrednošüu koeficijenta prolaženja toplote.
Toplotni protok ĭprim,1h , koji tokom perioda hlaÿenja radni fluid rashladnog postrojenja (toplotne pumpe) predaje kao
toplotnom ponoru vodi u rezervoru, , na osnovu usvojene vrednosti koeficijenta hlaÿenja rashladnog postrojenja, iznosi:
5
(9)
ĭprim,1h
ĭhl ,
4
gde je oznaþeno sa:
ĭhl – toplotni protok kojim se zadovoljavaju potrebe hlaÿenja model-kuüe. Za odreÿivanje vrednost ovog toplotnog protoka,
korišüeni podaci za o þasovnim vrednostima toplotnog optereüenja reprezentativne godine, (od 8 h-16 h za svaki dan), za
klimatizaciju kuüe srednje teškog tipa gradnje, orijentisane ka jugu [7]. Buduüi da su vrednosti toplotnog optereüenja dati su po
jedinici površine - Mhl , toplotno optereüenje odreÿuje se kao:
ĭhl Mhl ˜ Auk
(10)
Numeriþkim rešavanjem sistema jednaþina (1-10), uz pretpostavku o veliþini površine PSE, moguüe je odrediti þasovnu
promenu temperature vode u rezervoaru tokom cele godine. Da bi sistem bio održiv, potrebnno je da pretopstavljena veliþina
PSE obezbedi da temperatura vode u rezervoaru, nakon godinu dana eksploatacije rezervoara i rada sistema, bude jednaka
temperaturi vode u poþetnom trenutku.
4.
Rezultati simulacija i njihova analiza
Nakon sprovoÿenog iterativnog numeriþkog proraþuna, dobijeno je da bi pri definisnanim spoljašnjim uslovima dati
fiziþki model, bio održiv ukoliko bi površina PSE iznosila A 3, 282 m 2 . Rezultati promene temeprature vode u podzemnom
skadištu u ovom slušaju prikazani su na slici 3. Takoÿe, proraþun je pokazao da bi se u ovom sluþaju minimalna temperatura
vode u podzemnom rezervoaru javila na kraju grejne sezone, taþnije 15. aprila i iznosila bi -w 6, 46qC , najviša 11.
septembra i iznosila bi -w
36,92qC .
[229]
energija
[230]
energija
[231]
energija
Зоран Бајић, дипл.инж. - ПД ТЕНТ Обреновац
Данијела Стублинчевић, дипл.инж. - ПРО ТЕНТ Обреновац
Драган Поповић, дипл.инж. - ПД ТЕНТ Обреновац
Милош Бајић, дипл.инж. - ПД ТЕНТ Обреновац
UDC: 621.311.22:621.43.068.004
Пепео термоелектрана
постаје секундарна
сировина
Сажетак
Пепео представља неоргански део чврстог продукта сагоревања угља у термоелектранама. Годишња
продукција пепела у ТЕНТ А и ТЕНТ Б износи око 4 000 000 t, у ТЕ Колубара око 375 000t и у ТЕ Морава око
100 000t. На депоније ПД ТЕНТ је одложено преко 110 милиона тона пепела.
Могућности примене електрофилтарског пепела су широке и он се већ дуже време у свету користи као
сировина у индустрији грађевинског материјала, као пунилац за израду пластичних и гумених производа,
битуменских картона, абразивних елемената, за корекцију киселости земљишта итд.
Примена пепела у Србије је на врло ниском нивоу, далеко од примене у свету. Рађен је велики број студија,
али се све обично завршавало у тој фази. Од 2009.године у ПД ТЕНТ се озбиљније приступа том проблему.
Увођењем нове технологије маловодног транспорта у ТЕНТ Б и ТЕ Колубара омогућено је изузимање
сувог пепела из силоса, тако да су склопљени уговори са цементарама за преузимање сувог пепела, док су
на локацијама ТЕНТ А и ТЕ Морава склопљени уговори за преузимање влажног пепела. Од 2011.године од
стране ПД ТЕНТ потенцијалним корисницима пепела понуђене су стимулативне цене, са циљем прузимања
што већих количина пепела.
Усвајањем нових законских прописа у 2010.години, пепео је добио статус секундарне сировине и дата је
могућност да се прогласи неопасаним отпадом, што је и потврђено Извештајем о испитивању од стране
акредитоване лабораторије. Нови статус пепела драстично олакшава процедуру за добијање дозвола од
стране овлашћених институција, што је и била највећа препрека корисницима пепела. На овај начин су
се створили бољи услови за сарадњу између ПД ТЕНТ и потенцијалних корисника пепела, на обостарано
здовољство, а са циљем постизања максималних еколошких и економских ефеката.
Ash from thermal power plant becomes a by-product
Ash is inorganic part of the solid product of oil combustion in thermal power plants. Annual production of ash in
TENT A and TENT B is approximately 4 000 000 t, in TE Kolubara around 375 000 t and in TE Morava around 100
000 t. Over 110 million tones of ash have been disposed in Economic Association “Thermal Power Plant Nikola
Tesla” (in further text EA TENT).
Scope of application of ESP ash is wide. For a long time, it was used around the world as the raw material in the
building material industry, also as a filler for manufacture of plastic and rubber products, bituminous cardboards,
abrasive elements, for correction of the soil acidity etc.
Application of ash in Serbia is very poor, far bellow the use of ash in the world. Numerous studies were written,
but usually there was no progress beyond that first stage. Since 2009, EA TENT has more serious approach to this
problem. By introducing the new technology of low flow transport, it has become possible to extract dry ash from
the silo. In this regard, the contracts for the sale of dry ash were placed between cement factories, TENT B, and
TE Kolubara and for the sale of wet ash between cement factories, TENT A and TE Morava. Since 2011. EA TENT
offered to the potential users of the ash very incentive prices in order to encourage sale of ash as much as possible.
After the adoption of the new legislation in 2010, ash was declared a by-product and not a hazardous substance,
as additionally confirmed by the Inspection Report done by accredited laboratory. New status of ash drastically
facilitates the procedure for obtaining the permits from authorized institutions, considering that was the biggest
obstacle for the users of ash. This created a much better conditions for the cooperation between EA TENT and
potential users of ash, to the mutual satisfaction and with the goal to reach maximal environmental and economic
effects.
[232]
energija
Увод
Пепео представља неоргански део
чврстог продукта сагоревања угља
у термоелектранама. Годишња
продукција пепела у ТЕНТ А и
ТЕНТ Б износи око 4 000 000 t,
у ТЕ Колубара око 375 000t и у
ТЕ Морава око 100 000t. Настаје
континуално, након издвајања у
електрофилтрима. На депоније
ПД ТЕНТ је одложено преко 110
милиона тона пепела. До 2009.
године на свим локацијама пепео
се заједно са шљаком ејекторима
одводи у базене мешавине
пепела и воде и хидрауличким
путем (однос пепела и воде1:10) транспортује на отворена
одлагалишта, депоније. Од октобра
2009. године блок Б2 ТЕ Никола
Тесла Б прикључен је на нови
систем маловодног транспорта и
постоји могућност издвајања сувог
пепела пнеуматским транспортом
у два силоса капацитета по
4300m3. Од јуна 2010. на нови
систем је прикључен и блок Б1. Од
октобра 2009. године блок А5 ТЕ
Колубара је такође прикључен на
пнеуматски транспорт пепела до
силоса капацитета 1000m3.
Депоније пепела заузимају велике
површине (ТЕНТ А 400 ha, ТЕНТ
Б (400+200) ha, ТЕК 78 ha и ТЕМ
25 ha) и окружене су насељима
и обрадивим површинама.
Депоније пепела представљају
површински извори загађивања
ваздуха, тла и воде. Решавање
еколошких проблема који настају
због негативног утицаја депонија
пепела захтева сталну примену
одговарајућих мера заштите које се
морају унапређивати, што изискује
значајна финансијска средства.
Квалитет електрофилтерског
пепела настао сагоревањем
колубарског лигнита
Електрофилтарски пепео садржи
неорганске компоненте које се
налазе у угљу и настају њиховим
топљењем при сагоревању угља.
Оне очвршћавају у димним
гасовима, скупљају се и издвајају
се у електростатичким филтрима
- уређајима за пречишћавање
димних гасова.
Пошто очвршћавају у димном
гасу, честице летећег пепела су
Табела 1 Силикатна анализа (%) електрофилтарског пепела за блокове Б1 и
Б2 - ТЕНТ Б
Табела 2 Гранулометријска анализа електрофилтарског пепела за блокове Б1
и Б2 - ТЕНТ Б
сферног облика. Њихова величина
креће се у опсегу 0,74 – 0,005mm.
Око 50% честица је мање од
100μm. Густина пепела се креће
од 2,08 до 2,15 g/cm3, док насипна
густина пепела може да варира
у границама од 650 до 790 kg/
m3. У табели 1. дата је силикатна
анализа (%) електрофилтарског
пепела за блокове Б1 и Б2
ТЕНТ Б, а у табели 2. је дата
гранулометријска анализа
пепела за наведене блокове.
Анализе су рађене 2010. године
током појединачних мерења на
електрофилтерима, која је вршио
Рударски институт Београд из
Земуна.
Могућности примене пепела
Пепео је по свом хемијском и
минералошком саставу сложена
смеша која се састоји од великог
броја компонената. Због тога
су могућности његове примене
широке и он се већ дуже време
користи као сировина у индустрији
грађевинског материјала, као
пунилац за израду пластичних и
гумених производа, битуменских
картона, абразивних елемената,
за корекцију киселости земљишта
итд. Као сировина у индустрији
градјевинског материјала,
летећи пепео се употребљава за
производњу:
1. Цемента са додатком пуцолана
2. Хидрауличног креча
3. Пуцаланско-металуршких
цемената
4. Лаких агрегата
5. Лаких бетона
6. Бетонских префабриката
7. Грађевинске опеке.
Као материјал који се директно
уграђује на градилишту, летећи
пепео се употребљава:
1. У изградњи путева за механичку
и хемијску стабилизацију
2. Као пунило у асфалтним
мешавинама и битуменским
масама.
Историјат примене пепела у
свету
Први покушаји примене пепела
забележени су 1930.године у САД,
када су вршена прва истраживања
коришћења пепела за добијање
бетона, а још 1954. године
усвојени су први стандарди
којима се регулишу питања
квалитета пепела при коришћењу
као додатак бетонима.
[233]
energija
Прва истраживања о коришћењу
пепела у Кини су почела1950.
године. Сада је Кина једна
од земаља са највећим
порастом потрошње пепела
у грађевинарству, сходно
економској експанзији и енормном
привредном расту у задњој
деценији. Цементаре, фабрике
грађевинског материјала и
путоградња су главни потрошачи
пепела у Кини.
Током 1972. године употребљено је
10х106 t пепела при градњи путева
у Великој Британији. Индија
је током 1978. године трошила
само 1% од укупне продукције
пепела, а у 1990. години 30 х106 t
пепела. Пепео је нашао примену
у производњи цемента, гас бетона
и грађевинских материјала.
Пољскаје током 1990. године
утросила 23х106t пепела, што
је представљало 48% од укупне
продукције пепела.
Поред наведених и друге земље
улажу велике напоре да пепео из
термоелектрана нађе примену у
индустрији, како би се ублажили
проблеми који настају одлагањем
пепела на депонијама.
Историјат примене пепела у
Србији
Могућност коришћења пепела
је први пут разматрана 1966.
године у Електопривреди Косова,
у оквиру техничке помоћи
Уједињених нација (експерти из
Енглеске у сарадњи са домаћим
стручњацима). Урађена су детаљна
испитивања и дат је предлог
коришћења пепела за производњу
грађевинских објеката,
градњу путева, производњу
цемента и поправку квалитета
земљишта. Због каснијег развоја
политичке ситуације престале
су даље активности у вези ове
проблематике.
Почетком седамдесетих година
прошлог века електрофилтерски
пепео се користио за
стабилизацију тла у комбинацији
са цементом, када су рађене
опитне деонице на траси пута
Лазаревац - Ибарски пут, затим
у Улици Београдски батаљон
на Бановом Брду у Београду,
затим на саобраћајници у кругу
Рударског института у Београду
итд. Осим саопштавања резултата
који су добијени на овим опитним
деоницама, даљег помака у
примени електрофилтерског
пепела није било.
Осамдесетих година рађено је
неколико мањих опитних деоница
на путевима у околини ТЕ„Никола
Тесла”, Обреновац и на улицама
Обреновца. Сви подаци о начину
и технологији изградње насипа и
тампона су непознати. Стручњаци
који су радили на овим пословима
више нису у животу, а не зна
се тачно ни које су фирме били
извођачи радова.
ТЕ Колубара А је такође радила
на истраживању могућности
коришћења пепела за производњу
лаког бетона, гас бетона, лаког
агрегата и синтерованих блокова.
Као резултат тих активности
уследила је испорука пепела за
потребе следећих фирми: Грмеч
- Београд, Алкалоид - Скопље,
Камник - Словенија и другим
мањим потрошачима. Током
1984. године активности у вези
коришћења пепела су прекинуте
због изостајања подршке која
је до тада постојала од стране
претходног руководства ЕПС-а.
Током 1980. године, приликом
градње пута, укупне дужине 15km
око депоније пепела ТЕНТ Б
коришћен је пепео из ТЕНТ А
Прелиминарна испитивања
могућности добијања минералне
вуне, применом пепела вршена су
у ТЕ Косово (сарадња Института
Јожеф Стефан - Љубљана и
Енергопројект - Београд).
Лабораторијским испитивањима
потврђена је примена, није
урађена индустријска проба.
Током 1996. и 1998. године
Институт за технологију
нуклеарних и других минералних
сировина – Београд је за
потребе ТЕНТ лабораторијским
испитивањима потврдио
могућност добијања стакла,
комбинацијом пепела из ТЕНТ-а
Б и кречњака из каменолома
Јазовики Словац у оквиру Студије
о могућности коришћења пепела
ТЕНТ за добијање минералне
вуне. Током 1984. и 1987. године
обављена су испитивања којома
је потврђена могућност израде
сувих малтера, применом
електрофилтарског пепела
ТЕНТ са одређеним садржајем
сагорљивих материја.
Током 1990. године Министарство
за науку и технологију је
финансирало Студију о
добијању глинице (Al2О3) из
електрофилтарског пепела, а
Студија је урађена од стране
ИТНМС. Током 1994. године
[234]
основана је Радна група за
примену пепела где су укључени
и стручњаци Дирекције за развој
ЕПС-а.
Институт за путеве је 1995.
године на захтев ЈП ЕПС
урадио је пројекат истраживања
под насловом „Истраживање
могућности примене
електрофилтерског пепела и
шљаке из термоенергетских
постројења Србије за израду
доњег строја и коловозних
конструкција путева”. Пројекат
је прошао стручну верификацију,
али по њему нису започета
истраживања, због недостатка
финансијских средстава.
Крајем 2002. године, Институт
за путеве је у сарадњи са ТЕ
Костолац започео извођење
опитних деоница на приступним
путевима у околини пепелишта.
Опитне деонице (израда трупа
пута, привремене коловозне
конструкције и затрпавање ровова)
се раде од електрофилтерског
пепела у комбинацији са локалним
материјалима.
Примена пепела насталог у
котловима ПД ТЕНТ
Током 1995. године почеле су
испоруке пепела и то са депоније
ТЕНТ А (са касете I, а касније и са
касете III), а 2008.године потписан
је уговор о испоруци влажног
пепела са пасивне касете депоније
пепела ТЕНТ А за потребе
производње опекарских производа.
Преузете су следеће количине
пепела:
• 2008.године – 4 135 t
• 2009.године – 12 267 t
• 2010.године – 13 116 t
Током 2009. и 2010.године на
основу потписаних уговора о
испоруци влажног пепела за
потребе цементара са депоније
пепела ТЕ Морава преузете су
следеће количине пепела:
• 2009.године – 142 490 t
• 2010.године – 82 587 t
Од октобра 2009. године, када
је блок Б2 ТЕ Никола Тесла
Б прикључен на нови систем
транспорта, тзв. густе мешавине
или маловодног транспорта,
постоји могућност издвајања сувог
пепела пнеуматским транспортом
у два силоса капацитета по
4300m3 и утовара у камионске
цистерне за превоз прашкастих
материјала. Утовар је обезбеђен
energija
савременим системом цев у цеви
са вентилацијом и филтерима
за издвајање подигнутог праха,
којим се спречава емисија пепела
у околину. Од јуна 2010. на нови
систем је прикључен и блок Б1.
Од октобра 2009. године блок А5
у ТЕ Колубара је прикључен на
пнеуматски транспорт пепела до
силоса капацитета 1000m3.
Навденим изменама у систему
транпорта пепела отворена
је могућност испоруке сувог
пепела са локације ТЕНТ Б
и ТЕ Колубара. Током 2010.
године, потписани су уговори о
испоруци сувог пепела за потребе
цементара. Количине преузетог
пепела у 2010.години су следеће:
• са локације ТЕНТ Б - 30 402 t
• са локације ТЕ Колубара 14 152 t
Влажан пепео са локације ТЕНТ
А продаван је по цени од 1,2 €/t,
а за пепео са локације ТЕ Морава
дата је стимулативана цена од 1
€/t. Суви пепео са локације ТЕНТ
Б продаван је по цени од 2,2 €/t, а
за пепео са локације ТЕ Колубара
дата је стимулативана цена од
1,8 €/t.
Наведене стимулативне цене су
уведене јер је интерес ТЕНТ-а
да што мању количину пепела на
наведеним локацијама одложи на
депоније. Годишња продукција
пепела у ТЕ Колубара износи
око 375 000t, а у ТЕ Морава око
100 000t, и целокупна количина
пепела са ових локација би
могла да се искористи за потребе
грађевинске индустрије. На тај
начин би временом дошло до
затварања депонија пепела мањих
термоелектрана и њихове потпуне
рекултивације.
Поред навдених стимулативних
цена, уговорима о преузимању
пепела из 2011.године предвиђене
су додатне мере, са циљем
повећања количина преузетог
пепела (и влажног са депоније,
и сувог из силоса). Преглед
навдених стимулативних цена дат
је у табели 3.
Поред евидентног, иако не великог
финансијског ефекта од саме
продаје пепела, добитак ТЕНТ
се може очекивати у смањеној
потрошњи енергије и воде за
транспорт пепела до депоније,
као и у продужењу животног века
депонија које ће се на овај начин
спорије запуњавати.
Примена пепела у путоградњи
У току 2011.године планира се
изградња две експерименталне
деонице пута и то: једна у
Обреновцу у дужини око 800m
(наставак обилазнице за излаз на
ваљевски пут) и друга на Убу у
дужини око 5km (од села Новаци
до села Пампуковица, који се
укључује на пут за Ваљево).
Путеви су препројектовани за
изградњу са пепелом у подлози.
Вредност пројектовања и изградње
путева је око 5 милиона еура.
Финансирање ових пројеката
није решено. ЈП Путеви Србије
припрема захтев Фонду за
заштиту животне средине РС
за финансирање. ПД ТЕНТ ће
пепео за ове деонице уступити без
накнаде. Надамо се да ће, у ближој
будућности, наведене деонице
својим квалитетом и ценом
утицати на повећање количине
пепела који ће се користити у
путоградњи.
Употреба већих количина пепела у
путоградњи би имала вишеструки
значај:
• супституцијом природних
ресурса (камених и шљунчаних
агрегата и песка) допринели
би очувању природних ресурса
за будућност и смањили би се
трошкови изградње путева;
• значајно би се умањио будући
утицај на животну средину и
спречила деградација рељефа
и водотокова, као и екосистема
у подручјима експлоатације
природних ресурса;
• допринело би се лакшем
управљању постојећим
депонијама пепела и спровођењу
мера заштите;
Табела 3 Преглед цена пепела из ПД ТЕНТ
[235]
• знатно би се продужио животни
век постојећих депонија и
спречило заузимање нових
површина.
Законска регулатива
Све до доношења Закона о
управљању отпадом (Сл.гласник
РС бр.36/2009 и 88/2010) и
подзаконских аката, Правилника
о категоријама, испитивању и
класификацији отпада (Сл.гласник
РС бр.56/10) и Правилника о
условима и начину сакупљања,
транспорта, складиштења и
третмана отпада који се користи
као секундарна сировина или за
добијање енергије (Сл.гласник РС
бр.98/2010), електрофилтарски
пепео у Србији је третиран
као опасан отпад. Уверења о
категорији и карактеру отпада,
као и извештаји о испитивању су
темељени на прилично слободним
тумачењима критеријума из
међународне регулативе и
интернационалних стандарда,
у одсуству јасно и прецизно
дефинисаних критеријума
категоризације и карактеризације
у домаћој регулативи. Усвајањем
наведених правилника прописани
су каталог отпада, листа категорија
отпада (Q листа), листа категорија
опасног отпада према њиховој
природи или активности којом
се стварају (Y листа), листа
компоненти отпада који га
чине опасним (C листа), листа
опасних карактеристика отпада (H
листа), листа поступака и метода
одлагања и поновног искоришћења
отпада(D и R листа), граничне
вредности концентрације опасних
компоненти у отпаду на основу
којих се одређују карактеристике
отпада; врсте параметара за
одређивање физичко-хемијских
особина опасног отпада
намењеног за физичко-хемијски
третман, врсте параметара за
испитивање отпада за потребе
термичког третмана, врсте
параметара за испитивање отпада
и испитивање елуата намењеног
одлагању, врсте, садржина и
образац извештаја о испитивању
отпада и начин и поступак
класификације отпада.
Пепео је добио статус
секундарне сировине и третира
се као неопасан отпад, што
је и потврђено издавањем
Извештаја о испитивању отпадног
електрофилтарског пепела бр.022313/4-10 од 16.02.2011.године од
стране Института за заштиту на
energija
раду а.д. Нови Сад.
То што је пепео коначно сврстан
у неопасан отпад, драстично
олакшава његову примену и
отвара велики број различитих
могућности за сарадњу са
потенцијалним корисницима
пепела као секундарне сировине.
Законом о управљању отпадом
(Сл.гласник РС бр.36/2009 и
88/2010) наведени су услови које
треба да испуњавају лица која
врше транспорт, сакупљање,
складиштење, третман и одлагање
отпада, начини и надлежности за
добијање дозвола за обављање
наведених делатности.
Далеко једноставније је доћи
до дозволе за поступање са
пепелом као неопасним отпадом,
него са опасним. Широка и
компликована административана
процедура око добијања наведених
дозвола деловала је прилично
дестимулативно на потенцијалне
кориснике пепела као секундарне
сировине. Дозволе за управљање
опасним отпадом (сакупљање,
трaнспорт, складиштење, третман
и одлагање) издаје искључиво
министарство, док се дозвола за
складиштење, третман и одлагање
неопасног отпада издаје од стране
овлашћеног органа јединице
локалне самоуправе, а само је
издавање дозвола за сакупљање
и транспорт неопасног отпада на
територији више јединица локалне
самоуправе у надлежности
министарства.
Закључак
Количине одложеног пепела
се сваким даном увећавају и
изазивају све веће ремећење
животне средине. Због тога се
у целом свету чине напори да
се за пепео изнађе могућност
употребе, односно коришћења.
Као најзначајнији вид
коришћења пепела је примена
у грађевинарству, и то као
грађевинског материјала, односно,
као сировине за производњу
грађевинских материјала.
Примена пепела у путоградњи је
посебно значајна, јер су путеви
велики грађевински објекти у
које се могу уградити значајне
количине ове секундарне
сировине. У току 2011.године
планира се изградња две
експерименталне деонице пута
у чију ће подлогу бити уграђен
пепео настао у котловима ПД
ТЕНТ.
Масовна примена пепела у високој
градњи (призводња цемента,
грађевинске опеке....), ниској
градњи (градња путева) и у друге
сврхе (корекција pH вредности
земљишта) има велики еколошки
и економски значај. Проблеми у
заштити животне средине би се
значајно смањил са смањењем
количина одложеног пепела.
Употребом пепела штедимо
природне ресурсе камених
материјала, чије су резерве
ограничене, чиме доприносимо
одрживом развоју, развоју који
испуњава данашње потребе и при
томе не угрожава потребе будућих
генерација.
Разлози недовољног коришћења
пепела код нас су вишеструки.
Предходном законском
регулативом пепео настао
сагоревањем колубарског
лигнита је сврставан у опасан
отпад. Увођењем нове законске
регулативе и сврставањем пепела
у неопасан отпад направљен је
мали помак ка масовној употреби
пепела. Неопходно је предвидети
пореске олакшице и друге облике
стимулације за коришћење пепела
и других секундарних сировина у
индустрији, како би се мотивисали
потенцијални корисници.
Потребно је створити амбијент у
којем ће бити далеко исплативије
као сировину користити пепео,
него природни ресурс. Економска
добит корисника пепела, довела
би до свеукупне еколошке и
практичне добити. То је посао
надлежних државних институција,
а наш посао је да заједнички
вршимо притисак и да подсећамо
на неопходност доношења таквог
прописа.
Литература
1. ПРОБЛЕМИ У ПРИМЕНИ
ЕЛЕКТРОФИЛТЕРСКОГ
ПЕПЕЛА И ШЉАКЕ У
ИЗГРАДЊИ ПУТЕВА У
РЕПУБЛИЦИ СРБИЈИ,
др. сци. Слободан Цмиљанић,
дипл.инж.геол., мр. сци. Владета
Вујанић, дипл.инж.геол.,
Тузла, 28. маја 2003. године,
Савјетовање о примјени
електрофилтерског пепела
и шљаке у изградњи путне
инфраструктуре
2. МОГУЋНОСТ КОРИШЋЕЊА
ЕЛЕКТРОФИЛТАРСКОГ
ПЕПЕЛА ПД ТЕНТ Д.О.О.
[236]
ОБРЕНОВАЦ У НИСКОЈ И
ВИСОКОЈ ГРАДЊИ
Д. Кисић, З. Жбогар, С.
Маринковић, А. Костић-Пулек,
С. Цмиљанић
Прва регионална научностручна конференција о
управљању индустријским
отпадом – Индустријски отпад,
22.-25. октобар 2007., Копаоник
energija
Jovan Kon, Miroslav Crnčević
Institut Mihajlo Pupin – Beograd
UDC: 659.3:34
Organizacione i
projektno-tehničke novine
sistema osmatranja i
obaveštavanja
Uvod
Stupanjem na snagu Zakona o
vanrednim situacijama, (Sl.
glasnik RS. broj 111., od 29. 12.
2009. godine), Sistemi osmatranja,
ranog upozoravanja, obaveštavanja
i uzbunjivanja prešli su u nadležnost
Ministarstva unutrašnjih poslova
Vlade Republike Srbije.
Ovim zakonom i podzakonskim
aktima, koji će se doneti, utvrđuju
se delovanje, proglašavanje i
upravljanje u vanrednim situacijama,
odgovorni subjekti sistema,
nadležnosti državnih organa, učešće
odgovornih subjekata sistema,
organizacija i delatnost civilne
zaptite, finansiranje, inspekcijski
nadzor, međunarodna saradnja
i druga pitanja od značaja za
organizovanje i funkcionisanje
sistema zaštite i spasavanja.
Danom donošenja ovog zakona
prestele su da važe određene odredbe
ranije donetih zakona: Zakona o
odbrani, Zakona o zaštiti od požara
i Zakona o zaštiti od elementarnih i
drugih većih nepogoda.
Propisi doneti na osnovu zakona
koji prestaju da važe danom početka
primene ovog zakona, primenjivaće
se do donošenja novih propisa
ukoliko nisu u suprotnosti sa
odredbama ovog zakona (citat člana
149.-og Zakona).
Namena sistema
Osnovni zadatak i namena Sistema
za osmatranja, ranog upozoravanja,
obaveštavanja i uzbunjivanja je
praćenje i prikupljanje podataka o
svim vrstama opasnosti koje mogu
ugroziti ljude, životnu sredinu,
materijalna i kulturna dobra (citat
člana 103. stava 1. Zakona)
Obaveze privrednih
društava
Član 106 Zakona.
Elektroprivredna, vodoprivredna i
druga privredna društva koja koriste
hidrosisteme, dužna su da obezbede
blagovremeno obaveštavanje
i uzbunjivanje stanovništva
o opasnostima izazvanim
hidrosistemima koja koriste.
Subjekti iz stava 1. ovog člana
dužni su da svojim sredstvima
izgrade, dograde i održavaju sisteme
za obaveštavanje i uzbunjivanje,
odnosno da se uključe u sistem za
uzbunjivanje u Republici Srbiji.
Hidrosistemi
Vodne akumulacije i deponije
jalovine stvorene izgradnjom
visokih brana predstavljaju objekte,
čiji investitori i/ili korisnici imaju
zakonsku obavezu definisanu članom
106. Zakona.
Visoke brane
Visoke brane definisane su važećom
Uredbom o organizovanju i radu
službe osmatranja i obaveštavanja
(Službeni list SRJ. broj 54 od 08. 07.
1994.godine).
Ista definicija navedena je i u radnom
tekstu Uredbe, koja treba da bude
donesena, a definicija za visoke
brane glasi:
Član 12. Uredbe
Visokim branama , u smislu ove
uredbe, smatraju se brane čija je
građevinska visina veća od 15
metara, kao i brane više od 10 metara
ako im je dužina u kruni veća od
500 metara, ili ako je količina vode
u akumulaciji veća od 1.000. 000
[237]
metara kubnih, odnosno ako je na
profilu brane maksimalni protok
ispuštene vode veći od . 2.000 metara
kunih u sekundi.
Visokim branama se smatraju i druge
brane, izgrađene stepenasto u nizu,
ili brane koje se nalaze uzvodno od
naseljenih mesta.
Ministarstvo nadležno za poslove
vodoprivrede vodi evidenciju o
visokim branama.
Član 13. Uredbe
Pod deponijama jalovine, u smislu
ove uredbe, podrazumevaju se
brane sa akumulacionim basenima
formiranim za odlaganje jalovine
dobijene raznim rudarskim ili
industrijskim procesima.
Ministarstvo nadležno za poslove
rudarstva i energetike utvrđuje spisak
deponija jalovine
ZAKON O VANREDNIM
SITUACIJA ,GLASNIK
R.Srbije br. 111 od 29.
decembra 2009 godine.
Izvod iz Zakona o vanrednim
situacijama
Član 1.
Ovim zakonom uređuje se delovanje,
proglašavanje i upravljanje
vanrednim situacijama, sistem zaštite
i spasavanja ljudi, materijalnih i
kulturnih dobara i životne sredine od
elementarnih nepogoda, tehničko –
tehnoloških nesreća(...); nadležnost
državnih organa ....
Član 2.
Republika Srbija obezbeđuje
izgradnju jedinstvenog sistema
zaštite i spasavanja .... .
energija
Član 4.
Subjekti sistema zaštite i spasavanja
su:
1. Organi državne uprave
2. Privredna društva , i druga pravna
lica ...
3. Građani , .....
Član 8
stav 31 – Uzbunjivanje je
obaveštavanje o neposrednoj
nastupajućoj, ili nastaloj opasnosti
stav 35 – Zaštita i spasavanje od
poplava i nesreća na vodi ..... Koje
mogu nastati .... od oštećenja ili
rušenja brana, nasipa , jalovina i
drugih vodozaštitnih objekata na
vodi i pod vodom;
Član 15.
U ostvarivanju prava i dužnosti
u pitanjima zaštite i spasavanja
jedinice lokalne samouprave, preko
svojih organa obavljaju sledeće
poslove:
stav 12 – Nabavljaju i održavaju
sredstva za uzbunjivanje u okviru
sistema javnog uzbunjivanja
....., učestvuju u izradi studije
pokrivenosti sistema javnog
uzbunjivanja za teritoriju jedinice
lokalne samouprave;
Član 16.
Za pripremu privrednih društava
i drugih pravnih lica za zaštitu
i spasavanje od elementarnih
nepogoda i drugih nesreća je
odgovoran rukovodilac privrednog
društva ....
Član 46.
Procenom ugroženosti identifikuju
se izvori mogućeg ugrožavanja,
sagledavaju se moguće posledice,
potrebe i mogućnosti sprovođenja
mera i zadataka zaštite i spasavanja
od elementarnih i drugih nesreća .....
Član 56.
Uzbunjivanje stanovništva i drugih
učesnika sistema zaštite i spasavanja
u cilju hitnog preduzimanja meera i
zadataka civilne zaštite vrši se putem
sistema za uzbunjivanje u skladu sa
ovim zakonom.
Član 103.
Osnovni zadatak sistema osmatranja,
ranog upozoravanja, obaveštavanja i
uzbunjivanja je otkrivanje, praćenje
i prikupljanje podataka o svim
vrstama opasnosti koje mogu ugroziti
ljude, životnu sredinu, materijalna i
kulturna dobra.
Subjekti sistema osmatranja , .......su:
Služba 112, organi državne uprave,
policija, Vojska Srbije, privredna
društva, službe od javnog interesa i
druga pravna lica .
Član 105.
Sistem uzbunjivanja se sastoji od
odgovarajućih javnih sirena, uređaja,
spojnih puteva i tehničkih sredstava
za upravljanje, kao i njihove
organizacije razmeštaja, procedure
upravljanja, upotrebe i održavanja.
Izgradnu i održavanje sistema za
uzbunjivanje finansira jedinica
lokalne samouprave u skladu
sa Procenom ugroženosti, ovim
zakonom, akustičkom studijom i
drugim propisima i opštima aktima .
RADNI TEKST
UREDBE O ORGANIZACIJI
I FUNKCIONISANJU
SISTEMA OSMATRANJA ,
RANOG UPOZORAVANJA,
OBAVEŠTAVANJA I
UZBUNJIVANJA
Izvod iz nacrta Uredbe o organizaciji
i funkcionisanju sistema ..........
Član 1.
Ovom uredbom uređuje se
organizovanje i funkcionisanje
sistema osmatranja, ranog
upozoravanja, obaveštavanj i
uzbunjivanja ..... .
Član 4.
Služba 112 obezbeđuje funkcionalnu
integraciju subjekata sistema
osmatranja, ranog upozorenja i
uzbunjivanja.
Službu čine:
1) Nacionalni centar 112
2) Operativni centri 112
3) Osmatračke stanice
4) Sistem javnog uzbunjivanja
Osmatračke stanice se organizuju
i raspoređuju radi blagovrenog
prikupljanja podataka o mogućim
opasnostima, efektima i posledicama
.....
Sistem javnog uzbunjivanja
stanovništva organizuje se u
gradovima i naseljenim mestima
radi uzbunjivanja i obaveštavanja
stanovništva o nastanku i prestanku
opasnosti, a cilju pravovremenog
preduzimanja mera, radnji i
postupaka lične, uzajamne i
kolektivne zaštite od elementarnih
nepogoda i drugih nesreća.
Član 13.
Elektroprivredna i vodoprivredna
pravna lica i druuga pravna lica koja
[238]
koriste hodrosisteme i akumulacija
jalovina (udaljem tekstu: korisnici
visokih brana) dužni su da svojim
sredstvima izgrade, dograde i
održavaju sopstvene sisteme
osmatranja, ranog upozoravanja,
obaveštavanja i uzbunjivanja
nizvodno od brana i da preko
nacionalnog i opearativnih centara
112, obezbede blagovremeno
obaveštavanje i uzbunjivanje
stanovništva na ugroženonim
područjima i da svojim sredstvima
pružaju pomoć u ........ .
Saglasnost korisnicima brana na
projektnu dokumentaciju sistema
osmatranja, ranog upozoravanja,
obaveštavanja i uzbunjivanja daje
nadležna služba.
Član 14.
Visokim branama , u smislu ove
uredbe smatraju se se brane čija je
građevinska visina veća od 15m,
kao i brane više od 10m, ako im je
dužina u kruni brane veća od 500 m,
ili im je količina vode u akumulaciji
veća od 1.000.000 m3, odnosno
ako je na profilu brane maksimalan
proticaj veći od 2.000 m3/s.
Visokim branama se smatraju i druge
brane izgrađene stepenasto, ili u nizu
koje se nalaze uzvodno od naseljenih
mesta.
Ministarstvo nadležno za poslove
vodoprivrede vodi evidenciju o
visokim branama.
Član 15.
Pod deponijama jalovine u smislu
ove uredbe podrazumevaju se
brane sa akumulacijonim basenima
formiranim za odlaganje jalovine
dobijene raznim rudarskim i
industrijskim procesima.
Ministarstvo nadležno za poslove
rudarstva i energetike utvrđuje spisak
deponija jalovina.
Član 20.
ZNACI ZA UZBUNJIVANJE
STANOVNIŠTVA
OPŠTA OPASNOST
Znak za uzbunjivanje koji se
upotrebljava za sve neočekivane
– nepredvidive opasnosnisti od:
bujičnih poplava, radioloških
i hemijskih nesreća, požara,
naprsnuća, rušenja i drugih oštećenja
brana, ratne opasnosti i drugih
opasnosti gde je potrebno reagovati.
Signal se emituje zavijajućim tonom
neprekidno 60 sekundi
energija
PRESTANAK OPASNOSTI
Znak za uzbunjivanje koji se
upotrebljava za prestanak opasnosti,
kada se proceni da su sve opasnosti
za stanovništvo prestale, znak se
upotrebljava i za potrebe ispitivanja
ispravnosti sistema za javno
uzbunjivanje.
Signal se emituje jednoličnim tonom
neprekidno 60 sekundi
Značajne izmene u odnosu na
dosadašnje sisteme
1. Operativni centri 112, umesto
dostadašnjih gradskih i opštinskih
centara za OiO
2. ZNACI ZA UZBUNJIVANJE
STANOVNIŠTVA
Umesto 6 znakova sada samo
dva: OPŠTA OPASNOST i
PRESTANAK OPASNOSTI
Taktičko-tehnički zahtevi
Javno uzbunjivanje obavlja se sa
osnovne lokacije Nacionalnog i
operativnih centara 112.
Pri izgradnji javnog sistema
uzbunjivanja potrebno je obezbediti
nivo zvuka servisne zone sirene za
gradsko područje 74 dB, a za seosko
područje 60 dB.
Elektronska oprema koja se koristi
za izgradnju sistema javnog
uzbunjivanja mora da omogući
pouzdan rad u svim klimatskim
uslovima na teritorije Republike
Srbije, i to:
- za unutrašnju montažu -5 do +45 C,
relativna vlažnost 100%
- za spoljašnju montažu u metalnim
ormanima od -15 do +55 C,
relativna vlažnost 100%
- za spoljnu montažu od -25 do +55
C, relativna vlažnost 100%
Oprema mora da poseduje atest
ovlašćene ustanove.
REALIZACIJA OPREME
SISTEMA INSTITUTA
„MIHAJLO PUPIN” POČETAK
PROJEKTA
1986 Elektroprivreda Republike
Srbije donela odluku da finansira
razvoj Sistema za osmatranje
i obaveštavanje stanovništva u
području koje može biti ugroženo
poplavnim talasom, ali kao deo
opšteg sistema za obaveštavanje i
uzbunjivanje .
Kao nisilac razvoja odabran je
Institut “Mihajlo Pupin”, koji je imao
dvostruku ulogu, kao rukovodilac
i koordinator celog projekta
i kao nosilac razvoja sistema
za daljinsko aktiviranje elektronskih
alarmnih sirena.
ZAVRŠETAK RAZVOJNOG
PROJEKTA
Godine 1988 je razvojni projekat
završen. Godine 1989 je izvršeno
probno ispitivanje celog sistema u
Nikincima, a potom je 1990 godine
izvršeno ispitivanje opreme na
klimamehaničke uslove i tehničke
karakteristike u T.O.C.-u Vojske
Jugoslavije i dobijen je atest.
Zvučnička skupina i pojačavački
uređaj sa izvorom napajanja
ATESTI
• Po završetku razvoja opreme
za OiO izvršeno je atestiranje
Sistema za Daljinsko Aktiviranje
Sirena (DAS) i dobijen pozitivan
Izveštaj o proveri deklarisanih
karakteristika sistema DAS
- Izveštaj TOC-12-23031 od
16.04.1991 godine.
• Prethodno je atestirana Elektronska
Alarmna Sirena EAS-LR i dobijen
pozitivan Izveštaj o verifikaciji
deklaracije uzorka – Izveštaj TOC12-22855 od 26.01.1990.
NASTAVAK RAZVOJA I
USAVRŠAVANJE OPREME
SISTEMA OIO
Nakon 2000-te godine Institut
»Mihajlo Pupin« je odlučio da
inovira svoje rešenje iz 1990-tih
i razvio je kompletno nov sistem
za dalljinsko aktiviranje alrmnih
elektronskih sirena, koji se nalanjao
na već postojeći i široko korišćen
SCADA programski paket za nadzor
i upravljanje elektroenergetskim
objektima. Takođe je korišćen
hardver postojeće familije
ATLAS koji se koristi kao spoljna
stanica (RTU) za prikupljanje
signbalaizacija i merenja i izdavanje
daljinskih komandi. Elektronska
alarmna sirena je takođe inovirana,
pretežno u elektronici. Institut je
zatim počeo da se ozbiljnije bavi i
projektovanjem ovih sistema, i to
izradom Idejnih i Glavnih projekata.
[239]
REALIZOVANI PROJEKTI I
SISTEMI
REALIZOVANI SISTEMI U
PERIODU OD 1988 DO 1991
Prvi sistemi OiO realizovani
su kasnih osamdesetih i ranih
devedesetih godina prethodnog
veka, i to za visoke brane i
hidroakumulacije, ali je zatim zbog
poznatih događanja u našoj zemlji
došlo do zastoja dalje realizacije.
• U toku razvoja sistema, odnosno
1987 realizovan je prvi sistem
za daljinsko aktiviranje alarmnih
sistema u Užicu, gde su korišćene
postojeće pneumatske sirene (uz
dodatak posebnog izlaznog stepena
na perifernu opremu).
• 1989 realizovan je drugi sistem
za potrebe HE “Bajina Bašta” sa
opštinskim centrom, podcentrom
na brani i tri alarmne stanice (I
faza).
• 1989 godine realizovan sistem
za HE”Đerdap” sa opštinskim
centrom, podcentrom na brani i
jednom alarmnom stanicom.
• 1989 godine realizovan sistem za
Rudnik u Gornjem Milanovcu, sa
opštinskim centrom, podcentrom
na brani i tri alamne stanice.
• 1990 godine realizovan sistem
u REIK Bitola , Republika
Makednija .
Većina ovih sistema je zapuštena i
osim sistema u HE Bajina Bašta, koji
je u međuvremenu inoviran, ni jedan
nije u funkciji.
REALIZACIJA NOVIH SISTEMA
OD 2000 DO DANAS
Nov sistem je nakon zvaršetka
dodatnog razvoja i inoviranja sistema
ponuđen tržištu i krenula je njegova
implementacija. U periodu posle
2000-te godine realizovani su sledeći
sistemi.
• 2005 godine realizovana je alarmna
stanica za potrebe HE »Višegrad«,
na kruni brane HE »Višegrad«.
• Krajem 2006. godine ugovoren
je, a u 2007 godini realizovan
Sistema OiO za branu “Prvonek”
– Vranje, koji se sastoji od opreme
za Opštinski centar za OiO u
Vranju, opreme za podcentar na
brani “Prvonek” i 10 alarmnih
stanica nizvodno od brane.
Komunikacija između Centra,
Podcentra i alarmnih stanica je
preko UHF radio stanica. Kao
rezervni prenosni put je predviđena
energija
•
•
•
•
•
veza preko Wireless računarske
komunikacije.
2006 godine ugovoren je i urađen
Idejni projekat Sistema OiO za
brane HE na Trebišnjici, HET
- Trebinje, Republika Srpska.
Komunikacija između Centra,
podcentra i As je UHF radio veza,
a kao rezervni prenosni put WiFI
mreža.
2007. godine ugovoreno je i
realizovano proširenje Sistema
OiO za potrebe HE “Višegrad”.
Isporučen je podcentar na brani i
alarmna stanica u gradu Višegradu.
Komunikacija je ostvarena preko
TT parica, GPRS veze, a potom je
ugovoreno dalje proširenje Sistema
OiO za HE «Višegrad» sa tri nove
alarmne stanice nizvodno od brane.
Komunikacija proširenog sistema
je realizovana preko UHF radio
veza.
U 2007 godini je na osnovu
Idejnog projekta ugovoren i zavšen
Glavni projekat Sistema OiOU za
HET “Trebinje.
U 2007 godini urađeni su Idejni
projekti za svih 6 brana PD
Hidroelektrane Đerdap (Đerdap
-1 adaptacija, i novi sistemi za
Đerdap-2, Zavoj, Vrla 1, Vrla 2 i
PAP Lisina).
U 2009 godini ugovorena je
delimična realizacija Sistema
OiOU za HET Trebinje (Faza
I) koja se sastoji od Centra,
podcenta i 10 alarmnih stanica.
Komunikacija je preko UHF radio
mreže, “wireless” računarske radio
mreže i GPRS modema. Sistem je
završen i pušten u rad u toku 2010
godine.
SISTEMI OIO KOJI SU
TRENUTNO U FAZI REALIZACIJE
I NUÐENJA
• U 2009 godini ugovorena je
realizacija Sistema OiOU za branu
Rovni kod Valjeva. Sistem se
sastoji od Centra, dva podcentra
i 25 alarmnih stanica. Počela je
realizacija ovog ugovora., Trenutno
je urađena I faza koja se sastoji
od Centra, podcentara i 3 alarmne
stanice. Oprema je proizvedena ,
ali još nije puštena u rad.
• U 2009 godini ugovoren je i
završen Glavni projekat Sistema
OiOU za termoelektranu Gacko u
RS u BiH. Projekat je završen i
predat, i uspešno završena njegova
revizija. Očekuje se raspisivanje
tendera, ugovaranje i isporuka
Sistema OiOU.
• U junu 2010 ugovoren je Idejni
projekat i rekonstrukcija ranije
isporučenog sistema OiO za
Rudnik u Gornjem Milanovcu, sa
opštinskim centrom u Gornjem
Milanovcu, podcentrom na brani
i tri alamne stanice. Projekat
je završen i predat. Očekuje se
realizacija ove rekonstrukcije u
prvoj polovini 2011 godine.
• U 2010 godini ugovorena je izrada
Idejnog rešenja za branu Vrutci
kod Užica. Projekat je završen i
očekuje se njegova primopredaja u
ovom , ili narednom mesecu.
• U 2010 godini je ugovoren prvi
izvozni posao. Na međunarodnom
tenderu je dobijen posao i potpisan
ugovor za isporuku 15 alarmnih
stanica snage 115 dBm za potrebe
Ministarstva odbrane Alžira.
Realizacija je u toku , isporuka je
planirana u aprilu 2011 godine.
• U januaru 2011 je dogovorena
realizacija Faze II za HET Trebinje
koja se sastoji od isporuke i
povezivanja narednih 10 alarmnih
stanica, kao proširenje već
puštenog u rad sistema OiOU.
OPREMA SISTEMA
Oprema koja čini Sistem za
osmatranje, obaveštavanje i
uzbunjivanje se može podeliti na
sledeće funkcionalne celine:
• Podsistem za daljinsko
aktiviranje sirena, koji se sastoji
od :
- Centralnog uređaja
- Uređaja podcentra
- Perifernog uređaja
Podsistem kao celina, obezbeđuje
daljinsko aktiviranje elektronskih
alarmnih sirena i nadzor nad radom
sistema u celini.
• Elektronska alarmna sirena,
je izvršni elemenat sistema
koja obezbeđuje pored osnovne
funkcije, a to je emitovanje
odgovarajućeg znaka uzbune, i
mogućnost emitovanja govorne
poruke (iz Centra, ili lokalno).
• Sistem besprekidnog napajnaja,
koji obezbeđuje funkcionisanje
Sistema u vanrednim prilikama
i otežanim uslovima kada ne
postoji napajanje iz mreže, bilo
zbog lokalnog kvara ili generalnog
ispada elektroenergetskog sistema.
•
•
•
•
•
Telekomunikaciona oprema
TELECOM veze, ili sopstvene TT
parice
Standardne VHF, ili UHF radio
stanice
Wireless računarska mreža
Optički kablovi
GPRS modemi – kao rezervni
prenosni put
Telekomunikacioni sistem
realizovan za potrebe Sistema OiO
za HE Bajina Bašta
TEHNIČKE KARAKTERISTIKE
OPREME SISTEMA OIO
INSTITUTA “MIHAJLO PUPIN”
Alarmni signali
6 osnovnih (prema JUS Z.F1.002) i
2 rezervna
Blok šema tipičnog Sistema OiO, koji se sastoji od Operativnog centra sistema,
podcentra na brani i alarmnih stanica
[240]
energija
Osnovna frekvencija signala
300 do 3000 Hz, podesiva
Devijacija frekvencije
± 50 do ± 250 Hz, podesiva
Trajanje ciklusa zavijajućeg tona
4 ± 0,5 s
Prenos govora
Preko lokalnog mikrofona ili iz
centra u opsegu od 300 do 3500 Hz
Izlazna snaga pojačavača
max 1200W
Aktiviranje alarma
lokalno ili daljinsko
Daljinsko komandovanja:
ručno i/ili automatski, selektivno:
pojedinačno i/ili grupno
Telekomunikacione veze:
Standardna telefonska linija
(iznajmljena, ili komutirana), optika,
VHF ili UHF radio veza, Wireless
računarska komunikacija, GPRS
modem
Nivo zvučnog pritiksa (na 30 m,
rastojanja od sirene)
115 dB (C) pri kružnoj karakteristici
usmerenosti
122 dB (C) pri uglu zračenja od 90°
u horizontalnoj ravni
Napajanje
Iz baterija sa automatskim
dopunjavanjem
Baterije olovne 48 V = (4 x 12 V)/
50 Ah
Punjač: ulaz: 220 V/50 Hz, izlaz:
48 V= , I max (struja punjenja): 8 A
Dimenzije ormana alarmne stanice
600 x 600 x1200 mm
Masa ormana sa alarmnopojačavačkim uređajem, sa
punjačem i baterijama
125 kg
Temperaturni ospeg rada
- 25 do + 55 °C za zvučničku
skupinu
- 15 do + 55 °C za elektronsku
opremu
Temperaturni opseg skladištenja
- 40 do + 70 °C
ORGANIZACIONE I PROJEKTNO-TEHNIČKE NOVINE
SISTEMA OSMATRANJA I OBAVEŠTAVANJA
SLIKE OPREME I OBJEKATA SA SISTEMIMA OIO INSTITUTA “MIHAJLO PUPIN”
3 alarmne stanice spremne za
isporuku – HE “Višegrad”
Zvučnička skupina na upravnoj
zgradi brane “Prvonek”- Vranje
Montaža zvučničke skupine
Upravna zgrada HE T – Trebinje,
Republika Srpska, BiH
Telekomunikacioni sistem realizovan za potrebe Sistema OiO za HE Bajina Bašta
Alarmna stanica na objektu
Zvučnička skupina
[241]
energija
Zoran Stojanović, Ivan Gajić, Milorad Jovanović, Miloš Milić
PD Termoelektrane “Nikola Tesla”, Obrenovac
UDC: 621.18.004:621.311.22
Mogućnosti ušteda energije i
vremena startovanja blokova
TENT B (2x620MWe)
1. Uvod
Na blokovima B1 B2 Termoelektrane
“Nikola Tesla B” (TENT B) u
Obrenovcu, čija je pojedinačna
nominalna bruto električna snaga 620
MWe, ugrađeni su istovetni protočni
kotlovi toranjske konstrukcije
nominalnih radnih parametara:
• Produkcija sveže pare 1880 t/h;
• Pritisak sveže pare na izlazu iz
kotla 186,5 bar
• Temperatura sveže i među pare na
izlazu iz kotla 540oC.
Kotao dozvoljava rad sa suvom
flašom SB, (slika 1), pri opterećenju
30 ÷ 100%.
Pri startovanju bloka i opterećenju
do 30%, kotao se napaja sa 564 t/h,
sa 2 elektro napojne pumpe, a voda
izdvojena iz separatora SP, preko
startne boce SB, odvodi se preko
startnog ventila SV12 u kotlovski
ekspander KE, a odatle u startni
rezervoar SR ili preko sifona u
prelivnu komoru rashladne vode pa u
recipijent (reku Savu).
Ako je kvalitet kotlovske vode u
startnom rezervoaru dobar onda
se pompom startnog rezervoara
PSR preko startnog ventila SV30
odvodi u kondenzator K. Međutim,
ukoliko kvalitet vode iz kotla nije
zadovoljavajući, voda se pompom
PSR preko ventila SV35 odvodi u
prelivnu komoru rashladne vode.
Mogućnost dodavanja u sistem,
hemijski pripremljene dodatne vode
je ograničena na 400 t/h, pa se deo
vode mora odvoditi u kondenzator
preko ventila SV15 i SV30 ili
direktno preko ventila SV10 i
SV11. Da bi se voda mogla odvoditi
u kondezator mora biti ispunjen
uslov da je pritisak u kondenzatoru
Sažetak
Za startovanje blokova vrši se priprema termičkih i hemijskih parametara
pare pre puštanja u turbinu koji zavise od pogonskog stanja postrojenja
bloka.
Postoje sledeća pogonska stanja bloka:
1. Hladni start bloka posle dužeg zastoja ili remonta (kotao i turbina u
hladnom stanju)
2. Startovanje bloka posle zastoja od 36 sati (kotao hladan, turbine topla)
3. Startovanje bloka posle zastoja do 8 sati (kotao i turbine topli).
Kod svakog startovanja bloka postavlja se cilj maksimalnog smanjenja
potrebnog vremena za startovanje uz minimalan gubitak toplote (minimalna
potrošnja tečnog goriva, pomoćne pare i demineralizovane vode ).
U radu su prikazana neka moguća rešenja adaptacije tehnološke šeme bloka
TENT B, koja bi omogućila smanjenje potrebnog vremena za startovanje i
uštedu energije.
Ključne reči: Energija, kotao, startovanje.
Possibility of saving energy and time for start up of the
unit TENT B (2x620MWe)
For start up of unit, a preparation of thermal and chemical steam parameters
is done before introducing it into turbine, which depends on operating status
of the unit facility.
There are the following operating conditions of the unit:
1.Cold start up of the unit after a long delay or overhaul (boiler and turbine
in a cold condition)
2. Start up of the unit after the delay of 36 hours (cold boiler, turbine hot)
3. Start up of the unit after the delay up to 8 hours (boiler and turbine hot).
At each start up of the unit, the goal is to maximally reduce the required start
up time and to minimize the heat losses (minimum consumption of liquid
fuels, auxiliary steam and demineralized water).
The paper presents some possible solutions for technological adaptation
of the schemes for unit TENT B, which would enable the reduction of time
required for starting and energy saving.
Key words: Energy, boiler, start.up.
manji od 0,5 bara. Za vreme
odvođenja nečiste vode iz kotla,
kotao se održava na minimalnom
konstatnom opterećenju, pri čemu je
u radu odgovarajući broj mazutnih
gorionika.
[242]
2. Postupak startovanja
blokova TENT B
Neposredno pre potpale kotla
uključivanjem mazutnih gorionika,
kotao se puni zagrejanom do ∼100
o
C degaziranom vodom sa 300
energija
Slika 1 Uprošćena tehnološka šema bloka sa dodatnim zagrejačem kondenzata - DZK
[243
energija
Slika 2 Pritisak u kotlovskom ekspanderu i otvorenost startnog ventila SV12 za
vreme starta bloka iz hladnog stanja
t/h. Kada je kotao napunjen, tj.
dobijen nivo u kotlovskoj boci,
dalje se napajanje kotla vrši sa 564
t/h, pomoću dve elektro motorne
napojne pumpe. Da bi se uspostavila
stalna cirkulacija kroz kotao
neophodno je obezbediti vakum u
kondenzatoru tj. da je pritisak manji
od 0,5 bar, da bi se voda iz startne
boce mogla odvoditi preko ventila
SV10 i SV11 u kondenzator. Ako
kvalitet vode nije zadovoljavajući
prema VGB normama onda se
voda odvodi u kotlovski ekspander
i preko sifona u prelivnu komoru.
Voda se u prelivnu komoru odvodi
direktno iz kotlovskog ekspandera
ili pumpom startnog rezervoara. Kod
odvoženja vode u prelivnu komoru
mora se voditi računa da je moguće
dopunjavati sistem demi vodom
preko kondenzatora do 400 t/h. U
toku cirkulacije vode kroz kotao,
napojna voda se zagreva do ∼100
o
C, i degazira dovođenjem pomoćne
pare sa drugog bloka, koji je u radu
ili iz pomoćne kotlarnice. U koliko
se pojavi problem dopunjavanja
sistema, može se jedan deo vode
preko ventila SV12 odvoditi u
prelivnu komoru, a drugi deo preko
startnog rezervoara startnih pumpi i
startnog ventila SV30 u kondenzator.
Čim se dostigne odgovarajući
kvalitet kotlovske vode može se
celokupna količina vode odvoditi
u kondenzator preko regulacionih
ventila SV10 i SV11, koji regulišu
nivo u startnoj boci. Međutim,
ukolko se celokupna količina
vode iz kotla preko startne boce i
regulacionih ventila SV10 i SV11
odvodi u kondenzator, pojavljuje
se višak vode zbog pomoćne pare
koja mešanjem sa kondenzatom
zagreva i degazira vodu u napojnom
rezervoaru. Pri povećanju toplotnog
opterećenja, raste pritisak i
temperatura u kotlu, a povećava
se i specifična zapremina vode,
što dovodi do pojave viška vode u
sistemu koji se preko startnog ventila
SV12 odvodi u prelivnu komoru.
Rad regulacionog ventila SV12
prikazan je na slici 2. Otvorenost
ventila SV12 zavisi od nivoa u
startnoj boci i pritiska u kotlovskom
ekspanderu. Na pritisku od 1,5
bar u kotlovskom ekspanderu,
dolazi do zatvaranja regulacionog
[244]
ventila SV12 (deluje zaštita od
pritiska u kotlovskom ekspanderu).
Zatvaranjem regulacionog ventila
SV12, regulaciju nivoa u startnoj
boci preuzimaju ventili SV10 i
SV11, preko kojih se voda odvodi u
kondenzator.
Na opterećenju kotla oko 30 %,
dolazi do potpunog isparavanja
vode na izlazu iz isparivača, pa
nema porasta nivoa u startnoj boci i
regulacioni ventili SV10 i SV11 se
zatvaraju.
U toku startovanja bloka para iz
separatora se preko pregrejača,
bajpasa visokog pritiska
međupregrejača i bajpasa niskog
pritiska odvodi u kondenzator. Kada
se dostignu parametri pare na izlazu
iz kotla (koji zavise od termičkog
stanja turbine), para se pušta u
turbinu i izvodi na
3000
o/min, izvrši sihronizacija
generatora sa mrežom i nastavi sa
dizanjem opterećenja. Dalje dizanje
opterećenja kotla vrši se u zavisnosti
od mogućnosti turbine (termičkog
stanja) za preuzimanje opterećenja.
Sa povećanjem opterećenja turbine,
dolazi do pritvaranja ventila bajpasa
VP i bajpasa NP, a kada se oni
zatvore, regulacija bloka prelazi na
klizni pritisak (pritisak u zavisnosti
od snage bloka)
3. Mogućnosti uštede
energije u startovanju
blokova TENT B
Na uprošćenoj šemi bloka sa
dodatnim zagrejačem kondenzata
DZK (slika1) prikazane su
mogućnosti korišćenja toplote
iz kotla u startovanju bloka koja
se sada preko pare iz kotlovskog
ekspandera odvodi u atmosferu
i preko vode odvodi u prelivnu
komoru. Korišćenjem te pare i
vode za zagrevanje kondenzata pre
dovodjenja u napojni rezervoar,
smanjuje se potrebna količina
pomoćne pare za zagrevanje vode
u napojnom rezervoaru. Na šemi
(slika 1) je prikazan dodatni zagrejač
kondenzata, u kome se kondenzat
pre dovođenja u napojni rezervoar
zagreva parom iz kotlovskog
ekspandera, u kome se reguliše
pritisak do 1,4 bar. U startu bloka,
u kotlovski ekspander, dolazi para
od isparavanja vode iz startne boce
koja se dovodi preko startnog ventila
SV12, odvodnjavanja pregrejača,
međupregrejača i parovoda. Na
izlazu pare iz kotlovskog ekspandera
predviđena je ugradnja dodatnog
startnog regulacionog ventila
(DSRV), koji će održavati pritisak u
energija
kotlovskom ekspanderu do 1,4 bar.
Voda iz kotlovskog ekspandera,
koja se sada odvodi u prelivnu
komoru, vodiće se preko hladnjaka
u postrojenje za prečišćavanje,
a odatle u rezervoare dodatne
demi vode. Voda koja se zbog
nezadovoljavajućeg kvaliteta prema
VGB normama odvodi u prelivnu
komoru, je boljeg kvaliteta od
bunarske vode koja se koristi za
dobijanje demineralizovane vode.
Međutim, sa stanovišta ekologije
nije dozvoljeno da se ta voda ispušta
u recipijent, jer sadrži amonijak,
hidrazin itd.
4. Zaključak
Ovaj rad ima za cilj da ukaže
na mogućnosti uštede energije
u kretanju blokova TENT B,
odgovarajućom izmenom i dopunom
tehnološke šeme bloka.
Blokovi TENT B, projektovani su
sedamdesetih godina prošlog veka,
kada se nije razmišljalo o svim
mogućim uštedama energije i zaštiti
životne sredine. Rad ima za cilj da
podstakne potencijalne istraživače
na fakultetima i institutima i ukaže
na mogućnosti uštede energije i
vremena startovanja blokova, kao i
doprinos u zaštiti životne sredine.
Autori namerno u radu nisu dali
očekivane ekonomske efekte koji se
mogu ostvariti u startovanju blokova,
izmenom i dopunom tehnološke
šeme bloka, jer to prepuštaju
potencijalnim istraživačima,
koji treba da daju primenljivo i
prihvatljivo projektno rešenje za
postojeće stanje blokova TENT B.
Smatramo da ovaj naš rad može
da bude izazov za istraživače
koji imaju inženjerske hrabrosti
,a bave se čisto teoretskim
istraživanjima zbog nedovoljne
saradnje naučnih institucija sa
privredom.. Realizacijom ovog i
sličnih primenljivih projekata mogu
se ostvariti merljivi rezultati sa
efektima uštede energije .. Nadamo
se da će Ministarstvo prosvete i
nauke odobriti i dodatna podsticajna
sredstva za realizaciju ovog i sličnih
Inovacionih projekata koji će
doprineti značajnoj uštedi energije uz
minimalna ulaganja.
5. Literatura
Pogonska dokumentacija za TENT B
od firmi ABB, Megadex i Rafako
Славица Цицовић, Предраг Шекељић
UDC: 621.311.22:34
Имовинско правни
послови градње ТЕНТ 3
Сажетак
На основу тендерском процедуром захтеваног техничко – технолошког
решења за изградњу високо ефикасног блока модерне конструкције
на локацији ТЕ „Никола Тесла Б” ЈП ЕПС је дефинисао потребну
површину за изградњу једног оваквог постројења. У оквиру тендерске
документације документом „Спецификација ЕПС-овог улога у ТЕНТ
Б3” достављен је списак парцела које у оквиру три техничко –
технолошке целине и то:
1. Главног погонског објекта и објекта за одсумпоравање,
2. Депоније угља и
3. Депоније пепела
, а на подручју три катастарске општне (КО Ушће, КО ГРАБОВАЦ и
КО Дрен), формирају потребан простор за изградњу будућег блока.
Извршење овог задатка обухвата следеће активности:
− Идентификација земљишта које се преноси у Пројектну компанију,
− Прибављање имовинско правне документације,
− Припрема прилога и имовинско правне документације за доношење
одлуке Владе Републике Србије о преносу средстава у својину ЈП
ЕПСа,
− Израда пројекта препарцелације и парцелације и
− Кратак преглед активнсти од оснивања Пројектне компаније до
почетка изградње.
1. Уводне напомене
У периоду до 1985. године
реализована је прва фаза
изградње термоенергетских
блокова на локацији Ворбис, код
Обреновца, изградњом два блока
укупне снаге 2 X 620МW (ТЕ
„Никола Тесла Б“). Пројектно
техничком документацијом која
је изређена током 1984. године,
на овој локацији је предвиђена
изградња још два блока исте
снаге, који би као основно гориво
користили лигнит из колубарског
угљеног басена. У том смислу,
током изградње преве фазе ТЕ
„Никола Тесла Б“, блокова Б1 и
Б2, пројектована су и изграђена
поједина постројења и објекти
[245]
који су предвиђени и за потребе II
фазе изградње.
Сaгласно плановима развоја
ЈП ЕПСа у току 2003. године
указала се потреба за анализом
могућности и оправданости
наставка изградње на постојећој
локацији Ворбис. Из тог разлога
се 2006. године пристпило изради
„Претходне студије оправданости
са Генералним пројектом ТЕ
„Никола Тесла Б“ - II фаза,
изградња блока 3 укупне снаге до
800 МW“.
Влада Републике Србије je
закључком 05 Број: 312-495/2006
од 2. фебруара 2006. године
прихватила Информацију о
основама за заједничко улагање
energija
за завршетак изградње ТЕ
Колубара Б и опредељење да
се финансирање изградње
производних капацитета ТЕ
Колубара Б инсталисане снаге
око 700 MW (два блока по 350
MW) обезбеди путем заједничког
улагања ЈП ЕПС и стратешког
партнера који ће бити изабран
у тендерској процедури.
„Стратегијом развоја енергетике
Републике Србије за период до
2015 године“ („Службени гласник
РС“, број 44/ 05), а у складу са
Уредбом о утврђивању „Програма
остваривања стратегије развоја
енергетике Републике Србије до
2015. године за период од 2007.
до 2012. године“ („Службени
гласник РС“, бр. 17/07) у сектору
Eлектроенергетике - Изградња
термоенергетских постројења
на колубарски лигнит, као
најзначајнији пројекти којима
се обезбеђује сигурност
и редовност снабдевања
електричном енергијом, од
кључног значаја за енергетски
систем Републике Србије и
региона, предвиђена је као једна
од могућих опција довршетак
изградње започетих блокова у
ТЕ „Колубара Б“ (два пута 350
MW) и изградња савременог,
новог блока номиналне снаге
око 700 MW, са наткритичним
параметрима. У току припреме
тендерске процедуре за избор
стратешког партнера за завршетак
изградње ТЕ „Колубара Б“, на
основу енергетских, техничкотехнолошких и економскофинансијских услова, утврђена
је опције из Стратегије која
дефинише изградњу једног
капацитета од 700 MW у циљу
задовољења раста потрошње
електричне енергије, и другов
капацитета од 700 MW као
заменског капацитета за
старе, неефикасне и еколошки
неприхватљиве термо блокове.
Након доношења неопходних
пословних одлука од стране
органа ЈП ЕПСа Влада Републике
Србије је закључком 05 број:
312-77371/2007-5 од 11. децембра
2008. године прихватила
Информацију о активностима за
реализацију заједничких улагања
ЈП ЕПС и стратешких партнера
ради изградње ТЕ „Колубара Б“ и
ТЕ „Никола Тесла Б3“.
Након тога, у циљу даљег развоја
и изградње електроенергетског
система ЈП Електропривреда
Србије је 20. јануара 2009. године
објавила међународни јавни позив
којим је позвала потенцијалне
партнере за заједничко улагање,
изградњу и управљање новим
термо капацитетом снаге око
700 МW са наткритичним
параметрима и отвореним
системом хлађења на локацији ТЕ
Никола Тесла Б („Пројекат ТЕНТ
Б3“).
У првој фази Тендерског
поступка потенцијални понуђачи
су доказивали испуњење
квалификационих услова и до 17.
априла 2009. године пристигла је
квалификациона документација
за шест понуђача. Након
извршеног отварања пристиглих
квалификационих докумената и
прегледа и анализе приложених
11. маја 2009. године објављена је
листа потенцијалних партнера и
започети су тендерски поступци
у којима је квалификованим
понуђачима достављена тендерска
документација. За пројекат ТЕ
„Никола Тесла Б3“ постављене
квалификационе критеријуме
испунило је пет понуђача, а за
пројекат ТЕ „Колубара Б“ четири.
ЈП ЕПС је доставио, септембра
2009. године квалификованим
стратешким партнерима,
тендерску документацију, коју
поред Правила тендерског
поступка и Упутства понуђачима
за припрему и сачињавање понуде,
Информационог меморандума
чине основни уговори за
реализацију Пројеката (Уговор
о зајeдничком улагању, Уговор
о оснивању, Уговор чланова,
Уговор о продаји електичне
енергије, Уговор о продаји угља).
Од квалификованих стратешких
партнера за пројекат изградње
ТЕ „Никола Тесла Б3“ тендерску
документацију су откупили
(Заинтересовани учесници ):
- Edison SpA, Foro Buonaparte 31,
20121, Milan Italy
- CEZ a.s, Duhova 2/1444,140 53
Prague 4,Czech Republic
- RWE AG, Rellinghauser Strasse
37,45128 Essen,Germany
У оквиру Тендерске
документације такође је
Табела 1
[246]
квалификованим стратешким
партнерима достављен и
документ „Спецификација ЕПСовог улога у ТЕНТ Б3 који је
обухватио спискове земљишта,
грађевинских објеката и опреме.
У делу документа који се односи
на земљиште достављен је
списак парцела којe у оквиру
три техничко – технолошке
целине, (табела 1), а на подручју
три катастарске општине (КО
Ушће, КО Грабовац и КО Дрен),
формирају потребан простор за
изградњу будућег блока. Како
би у складу са новим Законом о
планирању и изградњи, који је
усвојен крајем септембра 2009.
године („Сл. Гласник РС“, бр.
72/2009) реализовали пренос
предметних целина на будућ
Пројектну компанију јавила се
потреба за израдом „Пројекта
препарцелације и парцелације
са пројектом геодетског
обележавања“.
Закључком 05 број: 023/4708/2009
од 24. јула 2009. године Влада
Републике Србије је прихватила
Информацију о спровођену
статусне промене одвајања дела
имовине и обавеза ПД ТЕ Никола
Тесла и припајање ЈП ЕПС ради
даљег улагања ове имовине
у привредна друштва која ће
бити основана са Стратешким
партнером у циљу изградње ТЕ
„Никола Тесла Б3“.
„Правилником о допунама
Правилника о организацији и
систематизацији послова у ЈП
ЕПС“ од 01.10.2009. године
формирана је нова организациона
целина (Сектор – „Пројекат ТЕ
„Никола Тесла Б3“) у оквиру
Дирекција за стратегију и
инвестиције, ЈП Електропривреда
Србије и дефинисани послови
у вези са реализацијом пројекта
„Изградња блока ТЕНТ Б3“.
Због застоја у тендерским
поступцима и отклањања сметњи
на које су указали потенцијални
партнери, Влада Републике
Србије је на иницијативу ЈП
ЕПС образовала Радну групу
за координацију активности
на реализацији пројеката за
завршетак изградње ТЕ „Колубара
energija
Б“ и ТЕ „Никола Тесла Б3“
(Одлуком 05 број: 02-2619/2010, од
8. априла 2010. године).
Влада Републике Србије је 3. јуна
2010. године, усвојила закључак
05 бр. 312-4189/2020, којим су
утврђене активности за измене
оснивачког аката ЈП ЕПС у смислу
стицања својине на стварима која
ће представљати улог у привредна
друштва, која ће се основати
са изабраним стратешким
партнерима, и припрему елемената
уговора о поверавању обављања
делатности производње електичне
енергије, који ће закључити Влада
и Привредна друштва која ће се
основати за реализацију Пројеката.
Влада Републике Србије је 29. јула
2010. године, донела ОДЛУКУ
О ДОПУНАМА ОДЛУКЕ
О ОСНИВАЊУ ЈАВНОГ
ПРЕДУЗЕЋА ЗА ПРОИЗВОДЊУ,
ДИСТРИБУЦИЈУ И ТРГОВИНУ
ЕЛЕКТРИЧНЕ ЕНЕРГИЈЕ, чиме
је у својину ЈП ЕПС-у пренела
средства у функцији завршетка
изградње ТЕ „Колубара Б“ и
ТЕ „Никола Тесла Б3“. Ова
средства ће ЈП ЕПС унети као
улог у привредна друштва која
ће основати са Стратешким
партнерима.
У досадашњем току Тендерске
процедуре на основу датих
коментара, предлога и
сугестија, постављених питања
заинтересованих учесника на
тендеру за улагања у Пројекате
који су предмет тендера, као и
оцене отворених или спорих
питања на која су указали
поједини заинтересовани
учесници, дошло се до списка
неопходних услова на реализацији
пројекта:
- Гаранције да ЈП ЕПС може да
располаже имовином која ће
представљати његов оснивачки
улог, односно да ту имовину
може уложити у имовину
привредних друштава која
би основалa са стратешким
партнером (Пројектна компанија)
и да са уложеном имовином
Пројектна компанија може
слободно да располаже.
- Неопходност да се пре измене
акта о оснивању ЈП ЕПС,
разреше сва спорна питања
везана за имовину која није
обухваћена Одлуком о статусној
промени, а од чијег решавања
зависи попис, обим и вредност
имовине коју ЈП ЕПС улаже као
свој улог у Пројектне компаније.
- У року завршетка Студије
изводљивости, одабраном
стратешком партнеру са којим је
формирана Пројектна компанија
за изградњу блока ТЕНТ
Б3 је неопходно ставити на
располагање документацију која
доказује власништво ЈП ЕПС на
предметном земљишту.
- Такође, реализација
инвестиционих пројеката ТЕ
„Колубара Б“ и ТЕ „Никола
Тесла Б 3“, претпоставља
предузимање разноврсних
и сложених активности у
поступку избора стратешких
партнера и закључивања
уговора о оснивању привредних
друштава, као и доношење
већег броја аката из делокруга
Владе, односно надлежних
државних и регулаторних
тела у складу са прописима из
области енергетике, рударства
и геолошких истраживања,
планирања и изградње, заштите
животне средине, као и прописа
којима се уређују услови
обављања делатности од општег
интереса, јавне набавке, заштита
конкуренције и других прописа
од значаја за реализацију
инвестиције и изградњу објеката
за производњу електричне
енергије. Преглед и начин
реализације ових активности
неће бити предмет овог рада.
2. Идентификација земљишта
које је предмет трансакције
Како би се прецизно и у
потпунсоти идентификовале
и дефинисале непокретности
које ће представљати улог ЈП
ЕПС у Пројектну компанију у
оквиру ЈП ЕПСа на овом послу
су ангажовани запослени из
Дирекције за правне послове
ПД ТЕНТа, Оперативног
тима за реализацију Пројекта
ТЕНТ Б3 (запослени у ПД
ТЕНТу), Дирекције за правне
послове ЈП ЕПСа и Дирекције
за стратегију и инвестиције Пројекат ТЕНТ Б3. Ова група
запослених имала је непрекидну
и непосредну комуникацију на
решавању насталих проблема
са Министарством рударства
и енергетике, Министарством
заштите животне околине и
просторног планирања, Градском
Општином Обреновац, Службом
за катастар непокретности
Обреновац и одабраним извођачем
за геодетске послове предузећем
„Геодата“.
[247]
На реализацији овог посла
активно је коришћено више
софтверских пакета (пре свих
AutoCAD и Windows Excel),
званична електронска и писана
документације (дигитални
катастарски планови, листови
непокретност, земљишне књиге,
експроприациона документација,
судски списи итд.).
По обављеној идентификацији
непокретности, сачињена је
база података са списковима
катастарских парцела, како би
се наставило са активностима
на комплетирању имовинско
правне документације, а такође
су израђени цртежи на основи
катастарских планова локације са
означеним власништвом.
Обзиром на захтеве
заинтерсованих стратешких
партнера активности на
идентификацији непокретности и
правима на њима су проширени
на комплетну локацији ТЕ
„Никола Тесла Б“. Укратко захтеви
зинтересованих стратешких
партнера су да се уреди имовинско
правни статус и осталог земљишта
(оног које није део улога ЈП ЕПСа
и који остаје у власништву ПД
ТЕНТа) на локацији ТЕ „Никола
Тесла Б“ како би се током будуће
изградње блока Б3 избегли сви
имовинско правни проблеми.
Наиме, многе активности
укључујући и привремено
градилиште за изградњу блока
ће се налазити на земљишту које
није власништво будуће Пројектне
компаније па је из тог разлога
неопходно да ПД ТЕНТ буде
власник истог како би било могуће
потписати уговоре о њиховом
коришћењу.
У току активности на
идентификацији земљишта које је
предемт трансакције захваљујући
сопственој одлуци и изузетном
напору Службе за катастар
непокретности Обреновац
делови катастарских општина
на којима се налази предметно
земљиште су преведени на
Дигиталне катастарске планове
са формираним дигиталним
базама података катастра
непокретности што је омогућило
далеко бржи и ефикаснији рад
и тачно дефинисање граница
експропријације и списка
припадајућих парцела, брже
претраживање базе податак са
листовима непкретности као и
прецизну идентификацију парцела
energija
на којима ће се реализовати
изградња објеката блока ТЕНТ Б3.
На основу израђене имовинске
базе података за локацију ТЕ
„Никола Тесла Б“ дошло се
до коначног стања од 1913
катастарских парцела укупне
површине 832ha 11a 58m2. Од ове
површине 662 парцеле или 348ha
60a 82m2 требало је пренети на ЈП
ЕПС у циљу реализације пројекта.
Када је у питању власничка
структура идентификована су
власништва различитих физиких
лица, власништво АД „Драган
Марковић” у приватизацији
и државна својина са правом
коришћења ПД ТЕНТ, ГО
Обреновац, ЈВП Србијаводе и
Министарства пољопривреде
шумарства и водопривреде.
Потребно је напоменути да је
оваква структура власништва
(као последица недовршене
или неажурно спроведене
експропријације) узроковала да
се приступило преношењу целих
парцела на ЈП ЕПС, а не идеалних
делова које би чиниле Тендердом
дефинисане тачне површине.
Ово за последицу има да ће
након обављене препарцелације
бити неопходно делове парцела
које су пренете на ЈП ЕПС у
форми власништва, а неће ући у
власништво Пројектне компаније,
вратити у државну својину са
правом коришћења ПД ТЕНТ.
Постојећа законска регулатива
Републике Србије за сада не
познаје овакву врсту имовинске
конверзије.
3. Прибављање имовинско
правне документацијњ
Одлуком о допунама Одлуке о
оснивању Јавног предузећа за
производњу, дистрибуцију и
трговину електричне енергије
Владе Републике Србије 05 број:
023-5263/2010-1 од 29. јула 2010.
године („Службени гласник РС“,
бр. 54/2010 од 4.8.2010. године)
пренете су у својину ЈП ЕПС
662 парцеле укупне површине
348ha 60a 82m2. Предуслов за
укрупњавање ових парцела, а
затим и формирање нових целина
које се преносе, представља
решавање имовинско-правних
односа за 18 парцела и уцртавање
путне мреже преко тих парцела.
Провером у Служби за катастар
непокретности Обреновац,
утврђено је да је од 18 „спорних”
парцела 14 парцела уписано као
својина физичких лица, 3 парцеле
су друштвена својина са правом
коришћења у корист АД „Драган
Марковић“ Обреновац, а 1 парцела
је уписана као државна својина
са правом коришћења у корист
Министарства пољопривреде,
шумарства и водопривреде.
У зависности од власничке
структуре, решавање имовиснко –
правних односа за ових 18 парцела
спроведи се у три поступка, и то:
Парцеле у својини физичких лица
За катастарске парцеле на
којима је извршена фактичка
експропријација, а у јавним
регистрима су као власници
уписана физичка лица, могућа
решења за пренос права
коришћења су:
- Проналажење Решења о
експропријацији у државним
архивама,
- Проналажење релеватне
документације код самих
физичких лица,
- Судски поступак, по тужби
ТЕНТа, против физичких лица,
- Поравњање закључено пред
судом,
- Поновна експропријација.
Од укупно идентификованих 14.
спорних парцела у власништву
физичких лица, до сада су
решени имовинско правни
односи за 4 парцеле (на основу
решења о експропријацији која
су пронађена у архиви Градске
општине Обреновац 2 парцеле
уписане су као државна својина,
са правом коришћења у корист
ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац. У
судском поступку по тужби ТЕНТа
против физичких лица, донете су
2 пресуде којима је утврђено да
је ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац
стекао право својине по основу
одржаја на 2 спорне парцеле. На
основу ових пресуда, на једној
парцели у катастру непокретности
извршен је упис државне својине,
са правом коришћења у корист
ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац,
а за другу парцелу поднет је
захтев катастру за упис ове
непокретности у корист ТЕНТ-а).
За 5. парцела у току је поступак
по тужби ПД ТЕНТ Д.О.О.
Обреновац против физичких лица,
ради одржаја.
За 4. парцеле не постоје услови
за покретање и вођење судског
поступка, јер су власници тих
парцела умрли, а оставински
[248]
поступак иза смрти тих власника
није спроведен. Власник 1 парцеле
налази се у иностранству и
његова адреса је непозната. Као
решење проблема за ове парцеле
предложено је закључивање
судског поравнања са
наследницима, уз обавезу ТЕНТа
да исплати накнаду за земљиште.
Очекује се да ће ови поступци и
упис ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац
као корисника бити завршени
најдаље до 31.12.2011. године.
Парцеле које су у друштвеној
својини са правом коришћења
АД „Драган Марковић“
Ове парцеле су уписане као
друштвена својина са правом
коришћења у корист АД
„ДраганМарковић“ Обреновац.
Договорено је да ПД ТЕНТ у што
краћем року покрене поступак
преноса права коришћења на
непокретностима које се воде на
АД „Драган Марковић“. Поступак
око преноса права коришћења
биће завршен у складу са
позитивним законским прописима
до 31.12.2011. године.
Парцеле које су у државној
својини са правом коришћења
Министарства пољопривреде,
шумарства и водопривреде
Поднет је захтев Служби
за катастар непокретности
Обреновац да изврши упис
у корист Министарства
пољопривреде.
Након завршетка горе
наведених активности одлуком
Владе Републике Србије ова
имовина ће бити, у функцији
изградње ТЕ „Никола Тесла
Б3”, пренета у својину Јавног
предузећа „Електропривреда
Србије”.
Као што је већ речено захтеви
зинтересованих стратешких
партнера су да се уреди имовинско
правни статус и осталог земљишта
(оног које није део улога ЈП
ЕПСа и који остаје државна
својина са правом коришћења ПД
ТЕНТа) на локацији ТЕ „Никола
Тесла Б. Обзиром на ове захтеве
активности на прибављању
имовинско правне документације
су проширени на комплетну
локацији ТЕ „Никола Тесла Б“.
У односу на парцеле које нису
директно везане за пројекат ТЕ
„Никола Тесла Б3” а налзе се у
комплексу ТЕ „Никола Тесла Б”, и
које су тренутно уписане у јавним
energija
књигама као власништво трећих
лица, покренути су поступци ради
решавања имовинско – правних
односа и уписа права коришћења
ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац, и то:
Парцеле у својини физичких лица
Имовинско – правни односи биће
решени на основу тужби ПД
ТЕНТ Д.О.О. Обреновац за одржај
у поступцима пред надлежним
судом. На основу правноснажних
пресуда ове парцеле биће уписане
као државна својина са правом
коришћења ПД ТЕНТ Д.О.О.
Обреновац.
Парцеле у државној својини
Парцеле које су у државној
својини са правом коришћења
ГО Обреновац, Министарства
пољопривреде шумарства и
водопривреде и ЈВП Србијаводе
биће пренете као државна својина
са правом коришћења ПД ТЕНТ
Д.О.О. Обреновац у складу са
позитивним законским прописима
уз сагласност Републичке
дирекције за имовину.
Потребно би било нагласити да је
интенција руководства ПД ТЕНТа
да се комплатна локација ТЕ
„Никола Тесла Б“ уреди у складу
са Планом генералне регулације
за ово подручје. То ће у завршној
фази подразумевати „размену”
имовине између ПД ТЕНТа, ГО
Обреновац, ЈВП Србијаводе и ЈП
Путева Србије у циљу превођења
земљишта и објеката власницима
према намени у складу са
ситуацијом на терену, а у складу
са планском документацијом
(подручје термоелектране,
регионални пут, локални путетви и
канали).
4. Одлука Владе Републике
Србије
Влада Републике Србије је донела
Одлуку о допунама одлуке о
оснивању јавног предузећа за
производњу, дистрибуцију и
трговину електричне енергије
05 број: 023-5263/2010-1 од 29.
јула 2010. године („Службени
гласник РС“, бр. 54/2010 од
4.8.2010. године) (ПРИЛОГ) чиме
је у својину ЈП ЕПСу пренела
средства у функцији завршетка
изградње ТЕ „Колубара Б“ и
ТЕ „Никола Тесла Б3“. Ова
средства ће ЈП ЕПС унети као
улог у привредна друштва која
ће основати са Стратешким
партнерима. Овај закључак је у
редовној процедури претходно
добио позитивна мишљења
од: Министарства финансија,
Министарством заштите
животне околине и просторног
планирања, Министарства
економије, Републичког јавног
правобранилаштва, Републичке
дирекције за имовину и
Законодавног одбора.
Средства која су пренета
обухватају земљиште, грађевинске
објекте и опрему и обухватила су
следеће неопходне податке које
је ЈП ЕПС као прилог Закључку
владе доставио у табели:
- Земљиште: Број катастарске
парцеле, Катастарску
општину, Укупну површину
катастарске парцеле и Број
Листа непокретности или Број
Земљишно књижног улошка.
- Грађевински објекти: Врста
и назив објекта, Катастарску
општину, Број Листа
непокретности или Број
Земљишно књижног улошка и
Бројеве катастарских парцела
- Опрема: Назив и Опис.
Земљиште тј. парцеле које су
биле предмет трансакције су
биле у државној својини са
правом коришћења ПД ТЕНТ,
ГО Обреновац, ЈВП Србијаводе
и Министарства пољопривреде
шумарства и водопривреде Такође,
као прилог на увид су достављени
и Листови непокретности и
Изводи из земљишњих књига као
доказ о власништву (не старији од
месец дана).
Обзиром да је предмет трансакције
било земљиште у власништву
Републике Србије и да је његова
промена власништва у потпуности
у складу са Планом генералне
регулације тј. да се имовина овом
трансакцијом приводи намени
у складу са Планом за пордучје
ТЕ „Никола Тесла Б“ за Одлуку
Владе Републике Србије није било
неопходно прибављати сагласност
дотадашњих корисника имовине
(ПД ТЕНТ, ГО Обреновац, ЈВП
Србијаводе и Министарства
пољопривреде шумарства и
водопривреде).
Након објављивања у „Службеном
гласнику РС“ Одлуке о измени
Одлуке о оснивању Јавног
предузећа за производњу,
дистрибуцију и трговину
електричне енергије (у даљем
тексту: Одлука), као и Списка
средстава који је саставни део
[249]
Одлуке, поднети су захтеви за
упис права својине ЈП ЕПС у
јавним књигама о евиденцији
непокретности и правима на њима
(за КО Каленић, КО Пољане, КО
Степојевац, КО Ушће, КО Дрен
и КО Грабовац). Овај посао је до
сада у потпуности реализован
али би било потребно рећи да је у
току тог процеса Републичко јавно
правобранилаштво поднело жалбу
на одлуку Службе за катастар
непокретности Обреновац о
упису права власништва ЈП ЕПСа
на земљишту које је пренето
одлуком Владе Републике Србије.
Ова жалба је била одбијена на
другостепеном органу тј. од стране
Министарства заштите животне
околине и просторног планирања.
Одлуком Владе Репблике
Србије у функцији завршетка
изградње ТЕ „Никола Тесла
Б3“ у власништво ЈП ЕПСа су
пренете 662 катастарске парцеле
у 3 Катастарске Општине укупне
површине 348hа 60а 82m2
5. Израда пројекта
препарцелације парцелације
На основу израђене имовинске
базе података за локацију ТЕ
„Никола Тесла Б“ дошло се
до коначног стања од 1913
катастарских парцела укупне
површине 832ha 11a 58m2. Од ове
површине 662 парцеле или 348ha
60a 82m2 требало је пренети на ЈП
ЕПС у циљу реализације пројекта.
У оквиру Тендерске документације
квалификованим стратешким
партнерима је достављен и
документ „Спецификација ЕПСовог улога у ТЕНТ Б3” који је
обухватио спискове земљишта,
грађевинских објеката и опреме.
У делу документа који се односи
на земљиште достављен је
списак парцела којe у оквиру три
техничко – технолошке целине:
Главни погонски објекат и објекти
за одсумпоравање, Депонија угља
и Деонија пепела, а на подручју
три катастарске општине (КО
Ушће, КО Грабовац и КО Дрен),
формирају потребан простор за
изградњу будућег блока.
У међувремену је додатним
анализама са овлашћеним
пројектантима, пре свега на
Депонији пепела, дошло до
усклађивања предвиђеног
површина са функционалним,
техничко – технолошким и
еколошким захтевима и те је за
потребе изградње новог блока,
energija
кроз поступак препарцелације
од земљишта обухваћеног
одлуком Владе Републике Србије
предвиђено формирање и у
власништво Пројектне Компаније
преношење следећих целина:
- Простор главног погонског
објекта: ≈5hа 30а 98m2,
- Простор депоније угља: ≈13hа
49а 26m2,
- Простор депоније пепела:
≈231hа 36а 26m2 и
- Простор депоније гипса: ≈33hа
38а 09 m2.
Након поступка препарцелације
и парцелације којим ће бити
извршено укрупњавање парцела
биће дефинисане тачне површине
које се преносе.
Тендерском процедуром је
предвиђено да се у току израде
физибилити студије спроведе
поступак препарцелације и
парцелације којим ће бити
извршено укрупњавање парцела у
целине које се преносе.
Пројекат препарцелације и
парцелације
Плански основ за израду Пројекта
препарцелације и парцелације
чини План Генералне регулације
комплекса Термоелектране
«Никола Тесла»-Б у Обреновцу
(„Сл.лист Града Београда”, бр.
59/08) што даје законску основу за
даље парцелисање тог комплекса.
Циљ овог Пројекта је обликовање
грађевинског земљишта за потребе
изградње Блока Б3. Саставни
део Пројекта препарцелације је и
Пројекат геодетског обележавања.
Потребно је израдити 4 пројекта
препарцелације, и то за:
- грађевинксу парцелу за главни
погонски објекат блока Б3,
- грађевинску парцелу за допрему
угља,
- грађевинску парцелу за депонију
пепела и
- грађевинску парцелу за депонију
гипса.
Предуслови за израду пројекта
препарцелације и парцелације
- Оверен Катастарско –
топографски план (РГЗ),
- Власнички листови и изводи из
листова непокретности (након
решених имовинско – правних
односа, да би био дефинисан
Инвеститор, односно подносилац
захтева),
- Копије плана подземних
инсталација (водова) (РГЗ)
- Кратак опис постојећег стања
простора са описом постојећих
и планираних инфраструктурних
прикључака који је предмет
обраде, као и текстуално
образложење повода за израду
пројекта и шта се планира на
новоформираним грађевинским
парцелама
Пројекат препарцелације и
парцелације
Пројекта препарцелације и
парцелације садржи: Општа
документација, Текстуални део,
Графички део и Документацију.
Текстуални део садржи:
- Повод за израду Пројекта,
- Податке о локацији и постојеће
стање простора. Информацију
о локацији издаје Градски
секретаријат за урбанизам и
грађевинске послове. Захтев за
издавање информације о локацији
се подноси након завршетка
пројекта препарцелације тј. након
уцртавања путне мреже,
- Правни и плански основ,
- Обухват Пројекта
препарцелације,
- Правила за формирање
грађевинских парцела,
- Препарцелација. Инвеститор
(у овом случају и ЈП ЕПС
и ПД ТЕНТ) сагласно са
функционалним, техничко –
технолошким и еколошким
захтевима и у сарадњи са
надлежним институцијама, а
сходно остављеној могућности у
Плану Генералне регулације мора
за сваку од поменутих целина
дефинисати број парцела које
ће се формирати (Круг ТЕНТа
Б: парцела преко зеленог појаса;
Правац ТЕНТ Б до Депоније
пепела: пут, пепеловод, канал;
Депонија пепела: пепелиште, пут,
канал, ветрозаштитни појас),
- Правила грађења,
- Регулацију и нивелацију,
- Саобраћај и саобраћајне
површине. Због формалног
пропуста током градње прве фазе
ТЕ „Никола Тесла Б“ неопходне
је код ГО Обреновац грађевинске
дозволе за путева допунити
бројевима парцела преко којих
се они простиру. Услов за ово је
решавање имовинско правних
односа,
[250]
- Инфраструктура,
- Смернице за спровођење
Пројекта.
Графички део садржи:
- Катастарско-топографски
план са границом Пројекта
препарцелације,
- План препарцелације са
регулацијом и нивелацијом,
- Синхрон план инфраструктуре.
Документација садржи:
- Обавештење Секретаријата
за Урбанизам и грађевинске
послове,
- Ситуацију ширег окружења,
- Копију плана парцела,
- Катастарско-топографски план
оверен од стране РГЗа,
- Копију плана подземних
инсталација (водова),
- Извод из плана,
- Власничке листове.
Пројекат геодетског
обележавања садржи: Општу
документацију, Текстуални део и
Графички део.
У оквиру припремљеног
материјала, (ПРИЛОГ),
достављамо документ у коме се
налазе цртеж израђен на основи
катастарског плана локације са
означеним власништвом: „Karta
vlasnistva_layout.pdf”.
6. Наредни кораци до почетка
градње
Дозволе и сагласности које ће
прибавити Пројектна компанија до
почетка градње обухватају:
- Прибављаење Локацијске
дозволе коју издаје
министарство надлежно за
просторно планирање. Фазе
до прибављања Локацијске
дозволе подразумевају:
Регулисање имовинско-правних
односа, Претходне геодетски
радови (путна мрежа, копија
плана парцела, катастарскотопографски план), израду
Пројекта препарцелације и
парцелације његово усвајање
(Градски секретаријат за
урбанизам и грађевинске
послове) и провођење
промене у Служби за катастар
непокретности Обреновац,
- Прибављаење Мишљење
оператора преносног система
о условима и могућностима
прикључивања објекта ТЕНТ Б3
на преносни систем коју издаје
energija
оператер преносног система (ЈП
ЕМС),
- Анализу оптималних услова
прикључења објекта ТЕНТ Б3 на
преносни систем коју израђије
оператер преносног система (ЈП
ЕМС),
- Прибављање Енергетске дозволе
коју издаје министарство
надлежно за енергетику,
- Решење о обављеној ревизији
Студије оправданости са Идејним
пројектом ТЕНТ Б3 који издаје
министарство надлежно за
грађевинарство,
- Прибављање Грађевинске
дозволе за изградњу ТЕ
„Никола Тесла Б3“ коју издаје
министарство надлежно за
грађевинарство,
- Сагласности на Главне пројекте
давалаца услова за израду
техничке документације.
Техничка документација за
изградњу ТЕ „Никола Тесла Б3“
коју је потребно израдити пре
почетка градње обухвата:
- Студију оправданости са Идејним
пројектом за ТЕ „Никола Тесла
Б3“ са ревизијом на државној
ревизионој комисији,
- Главне пројекте за изградњу ТЕ
„Никола Тесла Б3“ са техничком
контролом и
- Извођачке пројекте са техничком
контролом уколико Главни
пројекти не садрже разраду
детаља потребних за извођење
радова.
[251]
Download

2011-2 - savez energetičara