FOTO: HE i RHE „Bajina Bašta” / B. Đorđević
Hidroelektrane su decenijama bile pouzdan oslonac elektroenergetskih sistema, a njihova uloga u savremenoj energetskoj tranziciji postaje još značajnija.
Paralelno sa postepenim povlačenjem termoelektrana, koje karakterišu stabilna i predvidiva proizvodnja, sve veći deo energetskog miksa zauzimaju solarne i vetroelektrane, čija proizvodnja zavisi od vremenskih prilika zbog čega je nepredvidiva i promenljiva. Iz tih razloga raste potreba za fleksibilnim i pouzdanim balansnim kapacitetima.
Reverzibilne hidroelektrane se u tom kontekstu izdvajaju kao jedno od najefikasnijih rešenja, jer omogućavaju i proizvodnju i skladištenje energije, odnosno pravovremeno reagovanje na promene u potrošnji i proizvodnji.
U tom svetlu, izgradnja nove reverzibilne hidroelektrane u Srbiji – RHE Bistrica, koja se trenutno nalazi u završnim fazama projektovanja, predstavlja važan korak ka stabilnijem i održivijem elektroenergetskom sistemu. Biće to prva velika hidroelektrana (snage veće od 10 MW) koja se gradi u našoj zemlji posle više od tri decenije, još od puštanja u rad HE Pirot davne 1990. godine.
RHE Bistrica je reverzibilna hidroelektrana otvorenog tipa, što znači da se i gornja i donja akumulacija nalaze na prirodnim vodotocima.
Donja akumulacija biće postojeća akumulacija Potpeć na reci Lim, dok će se gornja akumulacija Klak nalaziti na reci Uvac, neposredno nizvodno od postojeće akumulacije Radoinja.
Prethodnim rešenjem bilo je planirano spajanje akumulacija Klak i Radoinja, ali se od toga odustalo. Osnovni razlog je lošiji kvalitet vode reke Lim koji ne treba mešati sa čistim vodama akumulacije Radoinja, koja se pored proizvodnje hidroenergije (u HE Bistrica) koristi i za vodosnabdevanje Priboja i okolnih naselja. Pored toga, kvalitet vode reke Lim nije moguće kontrolisati, jer se radi o tranzitnoj reci, koja u Srbiju dotiče iz susedne Crne Gore.
Kako bi se sprečilo mešanje voda iz dve akumulacije, novim rešenjem predviđena je kota normalnog uspora u akumulaciji Klak od 810 mnm, što je za 2 metra niže od kote krune preliva brane Radoinja.
RHE Bistrica koristi bruto pad od oko 380 metara. Sastoji se od četiri reverzibilna agregata, ukupnog instalisanog protoka u turbinskom režimu od 216 m³/s i snage 650 MW.
Treba naglasiti da su RHE i HE Bistrica dva odvojena hidroenergetska sistema.
Mašinska zgrada RHE nalazi se oko 3 km nizvodno od postojeće mašinske zgrade HE Bistrica. Postojeća HE Bistrica je klasična akumulaciono-derivaciona elektrana. Koristi vodu iz akumulacije Radoinja, koju, nakon energetskog iskorišćenja, ispušta u Lim, odnosno u akumulaciju Potpeć. Postrojenje se sastoji od dve klasične Francisove turbine ukupne snage 104 MW.
Značaj hidroelektrana za elektroenergetski sistem
Da bi se razumeo značaj hidroelektrana za jedan tako složen sistem kakav je elektroenergetski sistem, važno je znati neke osnovne osobine električne energije. Radi se o prelaznom obliku energije, što znači da se može koristiti (trošiti) samo u trenutku dok se proizvodi, a pored toga isporučena energija mora biti tačno određenog kvaliteta (napona i frekvencije).
Iz ova dva uslova sledi ključni postulat za normalno funkcionisanje elektroenergetskog sistema: proizvodnja električne energije u svakom trenutku mora biti jednaka zbiru potrošnje i gubitaka, odnosno
Proizvodnja = Potrošnja + Gubici u mreži
Ovaj uslov ne bi bilo toliko teško zadovoljiti kada bi zahtevi potrošača bili relativno ujednačeni i unapred poznati.
Međutim, potrošnja je slučajna (stohastička) veličina, koja se menja na godišnjem, sezonskom i dnevnom nivou. Na nju utiču različite meteorološke pojave, radne i životne navike stanovništva, kao i različiti slučajni događaji, a posebno su opasni oni koji, bez prethodnog nagoveštaja, naglo podižu potrošnju.
dr Tina Dašić, Građevinski fakultet u Beogradu
To znači da elektroenergetski sistem mora u svakom trenutku da proizvede tačno onoliko energije koliki su zahtevi potrošača, a da se unapred ne zna koliko će to biti.
Pri tome, sistem mora da bude u stanju da neutrališe sve slučajne poremećaje u sferi proizvodnje i prenosa, uključujući i havarije na proizvodnom i prenosnom sistemu.
Da bi elektroenergetski sistem mogao da ispuni zahteve pouzdane isporuke energije visokog kvaliteta, neophodno je da uvek na raspolaganju ima različite vrste rezerve snage – od onih koje reaguju trenutno (rotirajuća rezerva), preko onih koje se uključuju u roku od nekoliko minuta (rezerva u pripravnosti) do onih koje za ulazak u pogon imaju više vremena do nekoliko sati (topla i hladna rezerva).
Prve dve rezerve mogu da obave samo tzv. startne elektrane, odnosno agregati sa visokom manevarskom sposobnošću (koji imaju mogućnost veoma brzog ulaska u sistem i promene opterećenja), upravo kakvi su agregati hidroelektrana.
Reverzibilne hidroelektrane mogu ući u sistem i kao proizvođači i kao potrošači energije
Posebno značajne su one hidroelektrane koje imaju akumulacije u kojima „čuvaju” vodu, tako da u sistem mogu ući sa maksimalnom (instalisanom) snagom u trenutku kada je to potrebno elektroenergetskom sistemu.
Takve su akumulacione hidroelektrane (posebno one sa većom zapreminom akumulacije, koje omogućavaju sezonsko, godišnje ili višegodišnje regulisanje protoka) i reverzibilne hidroelektrane.
Dodatna prednost reverzibilnih u odnosu na klasične hidroelektrane ogleda se u činjenici da one u sistem mogu ući i kao proizvođači i kao potrošači energije.
Za razliku od klasičnih hidroelektrana, koje imaju samo turbinski režim rada (voda iz akumulacije se koristi za pokretanje turbina, odnosno za proizvodnju električne energije), reverzibilne hidroelektrane imaju i pumpni režim.
U tom režimu elektrana koristi električnu energiju iz mreže za rad pumpi koje podižu vodu iz donje u gornju akumulaciju.
Na taj način, kada u sistemu ima viška energije (npr. tokom noći, kada je potrošnja mala, ili kada je proizvodnja u vetro i solarnim elektranama velika), ta energija se „uskladišti” u obliku potencijalne energije vode u gornjoj akumulaciji. Kada nastupi period povećane potrošnje ili smanjene proizvodnje u vetro i solarnim elektranama , ta voda se pušta kroz turbine i proizvodi se električna energija.
Reverzibilne hidroelektrane su posebno važne u svetlu energetske tranzicije
Poslednjih decenija, a posebno nakon potpisivanja Pariskog sporazuma o klimatskim promenama 2016. godine, svet je krenuo putem ubrzane dekarbonizacije, sa ciljem smanja emisije gasova staklene bašte i ublažavanja posledica klimatskih promena.
Veliki deo ovog procesa oslanja se na uvođenje i korišćenje obnovljivih izvora energije, u prvom redu vetra i Sunca. Vetar i Sunce su intermitentni izvori energije, što znači da proizvode energiju samo kada su vremenski uslovi povoljni, a promene raspoloživosti tih primarnih energetskih izvora su nagle i nepredvidive. Zbog toga se, sa povećavanjem udela solarnih i vetroelektrana u elektroenergetskom sistemu, sve češće javljaju problemi sa balansiranjem i bilansiranjem sistema.
dr Tina Dašić, Građevinski fakultet u Beogradu
U takvim uslovima povećava se potreba za agregatima sa velikom manevarskom sposobnošću, kao i potreba za skladištenjem energije, a obe te uloge mogu da obave reverzibilne hidroelektrane (RHE).
Iako se tehnologije za skladištenja energije poslednjih godina ubrzano razvijaju, reverzibilne hidroelektrane i dalje predstavljaju najznačajniji kapacitet za skladištenje. Udeo kapaciteta RHE u ukupnim instalisanim kapacitetima za skladištenje energije, na globalnom nivou, iznosili su u 2024. godini oko 76% (179 GW kapaciteta u RHE, a 55,7 GW u baterijama), dok je krajem 2020. godine ta vrednost iznosila oko 90%.
Prema procenama Međunarodne agencije za obnovljive izvore energije (IRENA), da bi se obezbedio stabilan rad elektroenergetskih sistema, kapaciteti RHE u svetu bi trebalo do 2030. godine da iznose 225GW, a do 2050. godine oko 325 GW.
Za elektroenergetske sisteme posebno su značajne RHE sa većom zapreminom gornje akumulacije, koje imaju mogućnost brzog prelaska iz pumpnog u turbinski režim i obrnuto – upravo u trenucima kada sistem to zahteva.
Bistrica i potencijal razvoja reverzibilnih hidroelektrana u Srbiji
Prema Strategiji razvoja energetike u Srbiji se u periodu do 2040. godine očekuje značajno povećanje instalisanih kapaciteta vetroelektrana (na 3,6 GW) i solarnih elektrana (na čak 7,36 GW), zbog čega se povećavaju potrebe za izgradnjom balansnih kapaciteta, koji mogu obezbediti energetsku nezavisnost sistema.
U elektroenergetskom sistemu Srbije već postoji jedna reverzibilna elektrana (RHE Bajina Bašta, instalisane snage 614/620 MW) i pumpno-akumulaciono postrojenje Lisina u okviru sistema HE Vlasina (snage 28,6 MW). Strategijom je predviđena izgradnja RHE Bistrica sa očekivanim ulaskom u pogon 2032. godine i potencijalno izgradnja RHE Đerdap 3 sa procenom ulaska u pogon 2040. godine.
Imajući u vidu navedeni trend uključivanja u sistem sve većih snaga nepredvidivih i promenljivih energetskih izvora, kao i činjenicu da su RHE sistemi za čije je projektovanje i realizaciju potrebno značajno vreme, potrebno je već sada analizirati i dodatne pogodne lokacije za izgradnju takvih sistema.
KLIMA101 NEDELJNI NEWSLETTER
Osnovni preduslov za njihovo formiranje je postojanje povoljnih topografskih i hidrografskih uslova, odnosno mogućnost formiranja akumulacija na relativno maloj udaljenosti, sa relativno velikom visinskom razlikom. Takve povoljne lokacije mogu se naći u centralnoj Srbiji, koju karakteriše razvijena hidrografska mreža i brdsko-planinski reljef, a najpogodnije su oblasti uz veće vodotoka kao što su Drina, Dunav, Ibar, Nišava, Južna Morava i druge.
Poslednjih nekoliko godina postaju aktuelne i RHE zatvorenog tipa, kojih se ni donja ni gornja akumulacija ne formiraju pregrađivanjem vodotoka. Takva rešenja omogućavaju veću fleksibilnost u odabiru lokacija, ali je i dalje potrebno da budu u blizini vodotokova radi inicijalnog punjenja i kasnije dopune sistema.
O autorki
Prof. dr Tina Dašić je redovni profesor Građevinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu, na Katedri za hidrotehniku i vodno ekološko inženjerstvo. Više od 30 godina bavi se nastavom, istraživanjima i konsultantskim aktivnostima u oblasti hidroenergetskih i vodoprivrednih sistema. Učestvovala je u izradi preko 50 projekata i studija, autor je 3 knjige i više od 120 naučnih radova.
