| Logistika | | Doc. dr. Borut Jereb | Pred. mag. Matjaž Knez | Sara Otrhaber, mag. phil., M.A.; vsi trije Univerza v Mariboru, Fakulteta za logistiko | |
| Povzetek: S spodbujanjem izrabe obnovljivih virov energije je evropska in nacionalna zakonodaja sprožila zaželene investicije v sončne elektrarne. Pri tovrstnih projektih je izračun donosa naložbe temeljno vprašanje posameznika ali podjetja. V članku je podan izračun stopnje upravičenosti naložbe v fotovoltaični sistem, kadar tako pridobljeno energijo porabimo za potrebe transporta v povprečni družini ali podjetju. Izračuni so opravljeni na podlagi pridobljenih podatkov v Republiki Sloveniji na začetku leta 2010 in kažejo sprejemljivo donosnost naložbe. Ključne besede: obnovljivi viri energije, transport, električni avto, investicija, fotovoltaika, donos naložbe |
|
1. Uvod
Podnebne spremembe in zavedanje o izčrpljivosti naravnih virov silijo vse subjekte globalne skupnosti k radikalnemu razmisleku o prihodnosti razvoja in usmeritev pri oblikovanju strategij energetske politike. Evropska unija (v nadaljevanju EU) se tako glede teh sprememb aktivno ukvarja z vprašanjem oblikovanja skupnih smernic v energetski politiki. Poglavitni cilj EU je doseči cilj 20, 20, 20 do leta 2020, pri čemer se 20 odstotkov nanaša na znižanje emisij toplogrednih plinov, 20 odstotkov na delež energije iz obnovljivih virov v končni rabi in 20 odstotkov na prihranek za prihodnje povpraševanje po energiji na ravni EU (Brown et al., 2008). Povprečni delež obnovljivih virov energije v EU glede na celotno energetsko porabo trenutno znaša 8,5 odstotka (EU, 2008). Pri tem je najvzornejša Švedska, saj iz obnovljivih virov energije pridobiva kar 39 odstotkov energije, medtem ko takih virov na Malti praktično ne uporabljajo. Promet z obnovljivimi viri energije v EU znaša 30 milijonov evrov, ustvarja pa okoli 350.000 delovnih mest. Če bi se njihov delež povečal na 20 odstotkov, bi to pomenilo povečanje delovnih mest v panogi na skoraj milijon do leta 2020. Dvajsetodstotna uporaba obnovljivih virov bi letno prihranila 600 do 900 milijonov ton CO2, poraba fosilnih goriv pa bi se zmanjšala za 200 do 300 milijonov ton.
Sloveniji Direktiva o spodbujanju rabe energije iz obnovljivih virov, ki je bila sprejeta 2008, določa 25-odstotni delež v letu 2020, kar je na izhodiščno leto 2005 9-odstotno povečanje (upoštevajoč 16-odstotni delež OVE v končni rabi energije za leto 2005). Slovenija se lahko pri tem sama odloči, kolikšen delež OVE bo prispeval posamezni sektor (elektrika, ogrevanje in hlajenje ter promet); tako bo lahko država doseganje ciljev prilagodila specifičnim potrebam oziroma razmeram (Fistravec, 2009).
S sprejetjem Uredbe o podporah električni energiji, proizvedeni iz obnovljivih virov energije, ki je začela veljati 19. maja 2009, so tudi v Sloveniji naložbe v sončne elektrarne (fotovoltaiko) za investitorje postale varne in donosne. Država namreč jamči 15-letni odkup vse električne energije, ki jo proizvedemo v sončni elektrarni, in tudi cena odkupa je znana in enaka za celotno obdobje odkupa (Svetovalec, 2010).
Pri trenutnih cenah sončnih elektrarn se letne stopnje donosa (interna stopnja donosa) gibljejo med 6 in 10 odstotki, investicija pa se povrne v 12 ali 13 letih. Ker pa so za gradnjo sončnih elektrarn na kmetijah na voljo tudi nepovratna sredstva, lahko, če za investicijo pridobimo 50 odstotkov nepovratnih sredstev, letni donos doseže tudi do 20 odstotkov, investicija pa se povrne v 6 do 8 letih. Zaradi nepovratnih sredstev se investitorju sicer zmanjša cena odkupa, vendar če cena investicije ne preseže povprečne cene, ki trenutno velja na trgu, je to zmanjšanje nižje od deleža nepovratnih sredstev (Svetovalec, 2010).
2. Problem neenakomernosti in naključnosti sončne energije
Namen naše raziskave je bil ugotoviti, kakšna je sončna obsevanost v Sloveniji in na podlagi teh podatkov določiti potrebno velikost in smiselnost gradnje sončne elektrarne glede na predvideno investicijo in glede na povprečne potrebe po električni energiji slovenske družine.
Podatke o obsevanosti smo pridobili z Ministrstva za okolje in prostor, Agencije Republike Slovenije za okolje, za obdobje od leta 2003 do 2009. Merilno mesto je bilo med Vojkovo in Tržaško ulico ter med Gospodarskim razstaviščem in stolpnico Petrol. Mikrolokacija je pomembna zaradi specifičnosti, ki jo v tem predelu mesta povzročata predvsem megla in smog.
Količina sončnega obsevanja, ki doseže zemljo, je odvisna od aktivnosti Sonca, geografske širine, vremena (oblačnost, vlažnost zraka) in nadmorske višine ter oblike reliefa (Enecom, 2009). Ker Slovenija leži na 46˚ severne geografske širine, je s tem pogojen tudi vpadni kot sončnih žarkov, pod katerim Sonce sije v določenem obdobju leta, upoštevajoč os vrtenja Zemlje, ki je nagnjena za 23,5˚, kot je razvidno s slike 1.
V naši geografski širini 46˚ je maksimalen mogoč vpadni kot 21. junija in znaša 67,5˚ (90-(46-23,5˚) = 67,5˚. V decembru so dnevi najkrajši, vpadni kot sončnih žarkov je najnižji in zato so vrednosti energije globalnega sevanja najnižje, kar pomeni, da je najnižji vpadni kot žarkov 21. decembra ob 12. uri in znaša samo 21,5˚ (Lead, 2009). Ne glede na optimalno usmerjenost sončnih celic, ki se med letom spreminja, se podatki v prispevku nanašajo na horizontalno postavitev. Pri optimalni usmerjenosti sončnih celic, ki upošteva trenutno višino (glede na horizontalno podlago) in smer Sonca, je pričakovani izkoristek vsaj 10 odstotkov boljši.
Slovenija leži v zmernem pasu s pretežno celinskim tipom podnebja in letnimi časi. Zato je skupna količina prejete sončne energije (slika 2) manjša kot v tropskem pasu in med letom neenakomerno porazdeljena (slika 3). V Nemčiji je osončenje okoli 1000 kwh/m2, v subtropskih območjih pa okoli 2000 ali 2500 kwh/m2 (Lead, 2009). Slovenija se pri teh podatkih uvršča nekoliko pred Nemčijo in ima povprečno, glede na naše podatke, okoli 1250 kW/m2.
V nadaljevanju raziskave smo se odločili, da bomo pri izračunu razpoložljive sončne energije osredotočeni na mejne vrednosti sončnega obsevanja (min. in maks.) vse leto. Osredotočili smo se na leto 2008, ki je bilo po količini sončnega osončenja najslabše (slika 1) in v nadaljevanju raziskave upoštevali podatke za mesec december kot najslabši in julij kot najboljši mesec glede količine sončnega obsevanja. Slika 4 prikazuje dnevno količino energije za oba meseca, ki sta tipično najslabša in najboljša v letu.
Učinkovitost sončnih modulov, ki so danes tržno dosegljivi, niha med 8 in 20 odstotkov. Pri naši raziskavi smo upoštevali električne lastnosti polikristalnih silicijevih fotonapetostnih modulov podjetja Bisol, d. o. o., iz Slovenije, kjer je povprečna učinkovitost pretvorbe celic (pri temperaturah 25 ˚C in 44 ˚C) 14-odstotna.
Slika 5 prikazuje vrednosti s slike 4, pomnožene s faktorjem izkoristka ŋ, ki je v našem primeru 0,14. Tako dobljene vrednosti pomenijo električno energijo, ki jo realno lahko izkoristimo. Vrednosti se seveda nanašajo na kvadratni meter horizontalne površine.
Po podatkih, ki so navedeni v prispevku Bojana Grobovška (Energetika, 2010; Arhem, 2010), naj bi povprečna družina pozimi porabila okrog 50 kWh in poleti 60 kWh električne energije mesečno. Glej tabelo 1. Podatki, navedeni v navedenem viru, so verjetno pridobljeni v ekstremnih pogojih varčevanja. Po naših izkušnjah se giblje mesečna poraba električne energije za štiričlansko družino okoli 400 kWh mesečno. Prav tako po lastnih izkušnjah poraba električne energije v zimskih mesecih ne pomeni samo 80 odstotkov poletne porabe. Velja kvečjemu obratno – v primerjavi s poletjem pozimi porabimo več električne energije.
Tabela 1: Poraba električne energije v povprečni slovenski družini (Energetika, 2010; Arhem, 2010)
| Porabnik* | Pozimi (povprečje v KWh) | Poleti (povprečje v KWh) |
| razsvetljava | 9,5 | 4,6 |
| televizor | 12 | 6 |
| radio | 7,5 | 3,6 |
| pralni stroj | 6 | 12 |
| hladilnik 180 | 10 | 24 |
| likalnik | 8 | |
| gospodinjski aparati | 1 | 1,8 |
| Skupna mesečna poraba (kWh) | 50 | 60 |
| Dnevna poraba (kWh/dan) | 1,6 | 2 |
*podatki ne vključujejo porabe energije za ogrevanje
Če bi družina zgradila sončno elektrarno velikostnega reda 10kW, bi to pomenilo približno 85 m2 veliko elektrarno. V nadaljevanju bomo opazovali nihanje oskrbe z električno energijo glede na predvideno velikost sončne elektrarne. Dodatno predvidevamo, da družina uporablja majhen električni avto s porabo 80 kWh energije na kilometer vožnje (Elephe, 2008), kar na mesečni ravni pomeni 100 kWh ob prevoženih 15.000 km letno.
Mesečni porabi 400 kWh tako dodamo še 100 kWh za električni avto, kar pomeni 500 kWh električne energije mesečno ali povprečno 16,6 kWh na dan. Pri tem naletimo na težavo, saj problemi z energijo navadno ne nastanejo ob povprečni dnevni porabi, temveč ob nevsakdanji, ekstremni porabi, katere časovne porazdelitve ne moremo ali ne znamo predvideti.
Razliko med pridobljeno in porabljeno energijo prikazuje slika 6.
Naj še enkrat poudarimo, da pri našem izračunu nismo upoštevali možnosti naklona fotovoltaičnih modulov. Vsi podatki temeljijo na padcu sončnih žarkov na horizontalno postavljene module, pri čemer je pridobljena energija manjša, kot bi sicer lahko bila. Prav tako pa pri izračunu nismo upoštevali izgube energije celotnega sistema.
Investicija v sončno elektrarno je razdeljena med nabavne stroške fotonapetostnih modulov, razsmernikov, montažnih elementov za pritrditev, montaže, projektne dokumentacije in priključitve na električno omrežje. Okvirni strošek za vgradnjo sončne elektrarne se giblje med 3.300 do 4.300 evrov za kWp moči sistema. Cena nekoliko variira glede na velikost sistema – večji je sistem, nižja je cena. V glavnem je cena odvisna od tipa modulov (polikristalni, monokristalni, amorfni …), njihove kakovosti in porekla (Tersus, 2010).
3. Problem uporabe sončne energije in ugibanja o rešitvah
Trendi kažejo, da bomo s časom postajali vse večji porabniki električne energije, čeprav skladno z raznovrstnimi racionalizacijami zmanjšujemo porabo pri posameznih odjemalcih. K povečanju porabe elektrike bo skoraj zagotovo v naslednjih letih prispeval transport z raznovrstnimi električnimi vozili. Po drugi strani pa je tudi ogrevanje s toplotnimi črpalkami cenovno najugodnejši način ogrevanja stanovanj in sanitarne vode. Oboje gre na račun povečanja porabe električne energije. Tega povečanja pa ne moremo kompenzirati z nekaterimi prihranki, kot so uporaba varčnih žarnic, boljša izolacija bivalnih prostorov, manjša poraba televizijskih zaslonov, hladilnikov in podobno.
Skoraj zagotovo bomo v Sloveniji kmalu imeli vplivni delež električne energije, pridobljene v sončnih elektrarnah. Prispevek potrjuje rentabilnost tovrstne investicije. Sončne elektrarne bodo razpršene po celotni državi. Porabo tako pridobljene elektrike bo smiselno uporabiti čim bliže izvoru. Vsekakor pa bomo zaradi nemotene preskrbe z elektriko še vedno priključeni na širši elektroenergetski sistem. Po drugi strani bo smiselno trenutni višek pridobljene sončne energije v nekem časovnem obdobju usmeriti v navedeni širši sistem. Za širši elektroenergetski sistem predstavljajo tovrstne elektrarne “motnjo”, ki jo bo treba pametno kompenzirati in jo sinhronizirati s proizvodnjo v drugih elektrarnah.
Iz zgoraj navedenih podatkov je mogoče razbrati, da je množica električnih sončnih elektrarn relativno preprost odgovor na vse večje zahteve po porabi elektrike, vendar pri tem naletimo na problem izredne nezanesljivosti pri proizvodnji. Proizvodnja niha v času, ki ga merimo v mesecih, dnevih, urah in minutah. Napovedovanje proizvodnje je večinoma enako napovedovanju vremena – dokaj zanesljivo velja le za največ en dan vnaprej. Zaradi velikih nihanj pri proizvodnji je tovrstno pridobivanje energije lahko le dopolnilo, ki ga je mogoče in ga bo treba s časom bolj avtomatizirano vključiti v širši elektroenergetski sistem.
Možnosti je veliko: električni avtomobil pomeni akumulacijo energije (integracija V2G-tehnologije), pri porabnikih bo treba hitro in avtomatično preklapljati med energijo iz klasičnih elektrarn in med pridobljeno energijo iz sončnih elektrarn (ali na primer vetrnih). Na nivoju distribucije in proizvodnje bo treba skrbno spremljati vremenske napovedi in trenutne (radarske in satelitske) slike vremenskih pojavov, morda celo bolj kot v letalstvu. Pri izrabljanju avtomobilskih akumulatorjev za hitro kompenzacijo viška in pomanjkanja električne energije bodo distributerska podjetja verjetno uporabnikom ponudila svoje akumulatorje (morda cele avtomobile), ki pa bodo imeli svojo identifikacijsko oznako po vzoru računalniških omrežij (svoj IP). Rešitve bodo verjetno podobne rešitvam iz računalniških omrežij peer-to-peer, kjer si uporabniki med seboj izmenjujejo datoteke. Posledično se bo iz minute v minuto morala spreminjati tudi cena energije, mreža pa bo morala biti dobro informacijsko podprta. Na podlagi izkušenj iz računalništva in mobilne tehnologije bi bilo mogoče tako pametno omrežje in prodajne pakete za najemnike ali lastnike akumulatorskih zmogljivosti vzpostaviti v nekaj letih. Pri tem se bodo iz obstoječih distributerjev električne energija izločila podjetja po vzoru izločevanja mobilnih operaterjev in skrbnikov računalniških mrež iz nekdanjih večjih telefonskih družb, ki bodo vzdrževale tako pametno omrežje.
Slika 6 prikazuje višek in manko električne energije za povprečno gospodinjstvo, ki ima sončno elektrarno. Vendar so nihanja lahko bistveno večja, kot jih prikazuje slika, ki upošteva naključnost proizvodnje elektrike, medtem ko naključnost porabe ni ne upoštevana ne prikazana. Pa vendar vemo, da sta obe naključnosti lahko v korelaciji in se obe naključnosti (naključje bistveno manjše proizvodnje od načrtovane in naključje bistveno večje porabe od načrtovane) lahko seštejeta negativno. Še posebno je treba paziti na to, da so prikazani podatki na nivoju dneva in ne posamezne ure ali celo minute, ko bi se lahko pokazala še večja nihanja.
Delno lahko te negativne vplive kompenziramo z akumulacijo, vendar ima akumuliranje spet svojo ceno. Z večanjem števila električnih vozil bomo najbrž lahko rešili en del problematike, drugi del pa ostaja odprt, saj je fleksibilnost proizvodnje v velikih klasičnih elektrarnah omejena – njihove proizvodnje ne moremo zelo hitro spreminjati. Rešitve bo treba iskati v bistveno inteligentnejši porabi v domovih in podjetjih. Tudi v tem primeru bo mogoče doseči ta cilj tako, da se bo cena energije spreminjala iz minute v minuto – pač glede na trenutne razmere. Tem spremembam cen se bodo morali prilagajati tudi potrošniki. V nekaterih primerih bo to relativno preprosto (polnjenje akumulatorjev električnih vozil, delno tudi hlajenje in ogrevanje stanovanj, segrevanje sanitarne vode in podobno), v drugih primerih pa ne.
4. Literatura in viri:
1. Arhem (2010) Hišna solarna elektrarna. Internet stran: http://www.arhem.si/pdfs/fotovoltaika%20%20-%20hisna%20solarna%20elektrarna%20-%20ARHEM%20doo.pdf
2. Brown et al. (2008) The Environment. Salmon C., Trevor in Mark F. Imber (ur.) Issues in international relations, 153-169. New York: Routledge.
3. Elaphe (2008) Analiza optimalnih možnosti uvajanja sodobnega električnega osebnega prometa v slovenskih mestih. Povzetek vseh desetih podštudij in predlogi za optimalno uvajanje sodobnega osebnega prometa v slovenska mesta. Elaphe d.o.o., Ljubljana.
4. Enecon (2009) Sončna elektrarna na moji strehi. Smernice za načrtovanje fotonapetostnih sistemov za proizvodnjo električne energije. Ljubljana. www.enecon.si
5. Energetika (2010) Hišna solarna elektrarna. 21.1.2010. Internet stran: http://www.energijadoma.si/znanje/ekosklad–subvencije-za-rabo-obnovljivih-virov-energije-in-vecjo/hisna-soncna-elektrarna
6. EU (2008) Podnebna zakonodaja 2020: Obnovljivi viri energije. Energija. Internetna stran 12.5.2010 http://www.europarl.europa.eu/sides/getDoc.do?language=SL&type=IM-PRESS&reference=20080331STO25142
7. Fistravec T. (2009) Nova evropska zakonodaja na področju obnovljivih virov energije. Agencija poti. Internetna stran 12.5.2010 http://www.agencija-poti.si/si/clanki/80130/default.html
8. Lead (2009) Možnosti za postavitev sončnih elektrarn na javnih objektih v Posavju. Povzetek študije. Internet stran 14.5.2010 http://www.google.si/#hl=sl&source=hp&q=Mo%C5%BEnosti+za+postavitev+son%C4%8Dnih+elektrarn+na+javnih+objektih+v+Posavju&aq=f&aqi=&aql=&oq=&gs_rfai=&fp=111a1e7988657e7a
9. Svetovalec, varčujem z energijo (2010) Donosnost investicije v fotovoltaično elektrarno. Internetna stran 11.1.2010 http://varcevanje-energije.si/fotovoltaicne-elektrarne/donosnost-investicije-v-fotovoltaicno-elektrarno.html
10. Tersus (2010) Fotovoltaika, višina subvencije in obratovalne podpore, Tersus d.o.o. Internet stran 7.6.2010 http://www.soncna-elektrarna.net/fotovoltaika.asp?fotovoltaika=Fotovoltaika&sistemi=Vi%9Aina%20subvencije
