Največji svetovni vir izpustov CO 2 predstavlja proizvodnja električne energije.
Ta je že več kot 50 let na vrhu lestvice, vendar se kot posledica prehoda na
obnovljive vire energije njen doprinos k svetovnemu onesnaženju počasi manjša.
Med obnovljivimi viri energije je med najpomembnejšimi vetrna energija, ki je
po količini proizvedene električne energije v letu 2018 v Evropi prehitela sončno
energijo. Kljub temu prehod na vetrno energijo na lokalni ravni zaostaja za
svetovnimi trendi.
V letu 2010 se je Republika Slovenija podala na desetletno pot postopne po-
stavitve vetrnih turbin, ki bi naj do leta 2020 v omrežje dobavljale skupno 50 MW
električne moči. V poletju leta 2019 je skupna priključna moč vetrnih turbin v
Sloveniji znašala manj kot 5 MW, omenjeni cilj pa je kljub vse boljšim pogojem
za postavitev vetrnih turbin še daleč od uresničitve.
Podobno kot sosednje Alpske države je tudi Slovenijo v preteklih letih priza-
delo več naravnih nesreč, ki so povzročile pospešeno sečnjo gozdov. Na prizadetih
območjih je v istem obdobju prišlo do vse višjih zabeleženih povprečnih hitrosti
vetra in raziskave kažejo, da je v zadnjih sedmih letih na območju Alp prišlo do
30 % povišanja povprečne hitrosti vetra.
Veter je v primerjavi z ostalimi obnovljivimi viri energije, kot je sončna ener-
gija, izrazito lokalen in razmeroma nepredvidljiv pojav, zato ga je težko mo-
delirati. Za merjenje vetra uporabljamo naprave imenovane anemometri, ki so
najpogosteje nameščene na višini 10 m. Čeprav je trg poplavljen z vremenskimi
merilnimi postajami, te pogosto ne omogočajo celotnega paketa zajema, hranje-
nja in obdelave podatkov. Tovrstne rešitve so dostopne le na profesionalni ravni,
cene pa so primerljive z nakupom manjšega stanovanja v Ljubljani. Zaradi tega sta bili v sklopu tega dela razviti odprtokodna merilna postaja za zajem podatkov
in javno dostopna aplikacija v oblaku za hranjenje ter analizo podatkov.
Merilna postaja je zgrajena okrog osrednje mikrokrmilne enote in poleg ane-
mometra vključuje še senzorje za merjenje temperature zraka, relativne vlage,
zračnega pritiska, električne napetosti in električnega toka. Zadnji dve količini
s pomočjo sončne celice, njenih značilnosti in z dodatnimi releji omogočata po-
sredno merjenje moči vpadne sončne svetlobe. Merilna postaja omogoča lokalno
shranjevanje podatkov, pošiljanje meritev v oblaku preko brezžične povezave na
kratko ali dolgo razdaljo in lahko, ob uporabi baterije ter dodatne napajalne
naprave, obratuje povsem avtonomno.
Zaradi nizke potrošnje električne energije, enostavnosti uporabe in
razširjenosti na trgu, je bil za izdelavo merilne postaje izbran mikrokrmilnik At-
mel SAMD21. Ta se nahaja na Amtel SAM D21 Xplained Pro razvojni plošči, ki
omogoča neposredno programiranje mikrokrmilnika s SWD programatorjem, ali
pa preko serijske povezave z integriranim programatorjem EDBG.
Na mikrokrmilniku je nameščena različica realnočasnega RIOT-OS operacij-
skega sistema za vgrajene sisteme, znotraj katerega teče glavna aplikacija, na-
pisana v programskem jeziku C. Aplikacija se za sledenje časa, zajem grobih
podatkov, komunikacijo s senzorji in poročanje izmerjenih podatkov poslužuje in-
tegriranih enot mikrokrmilnika: sistemske ure, analogno-digitalnega pretvornika,
I 2 C gonilnika ter UART naprave.
Prenos meritev med merilno postajo in aplikacijo v oblaku preko krajših raz-
dalj je možen s pomočjo Wi-Fi komunikacijskega protokola, medtem ko LoRa-
WAN protokol omogoča komunikacijo na daljše razdalje. V primeru uporabe
mikroračunalnika kot Wi-Fi komunikacijske enote je s pomočjo vgrajenega pro-
gramatorja EDBG prav tako možno programiranje mikrokrmilnika na razdaljo.
Aplikacija v oblaku je bila zasnovana v Node.js programskem okolju ter služi
hranjenju in analizi podatkov. Dostop do nje je omogočen preko API vmesnika,
razvitega v skladu z REST smernicami. Aplikacija uporablja MongoDB podat-
kovno bazo, kjer se poleg meritev hranijo tudi podrobnosti o posamezni merilni
postaji, njenemu lastniku ter rezultatih periodičnih analiz, hkrati pa v njej naj-
demo modele različnih turbin, uporabljenih v analizah.
Ker se meritve vetra navadno izvajajo na višini 10 m, jih je potrebno ekstra-
polirati na višino vetrne turbine. To je narejeno s pomočjo logaritemskega ekstra-
polacijskega algoritma, katerega koeficiente določa razgibanost površja v okolici
merilne postaje. Skupaj z modelom turbine ekstrapolirani podatki o hitrosti ve-
tra tvorijo moč, ki jo turbina proizvaja. Ob podatku o času trajanja intervalov
merjenja podatek o moči nato pretvori v količino proizvedene električne energije.
S pomočjo prototipa merilne postaje, ki je meril hitrost vetra med septembrom
2018 in avgustom 2019, je bil skupaj z modeli turbin med 9.8 kW in 3 MW
nominalne moči izračunan približek letnega donosa. Ta bi za omenjene vetrne
turbine znašal med 3.950 in 817.000 kWh električne energije, oziroma med 647
in 134.000 €. Zanimivejši podatek za potencialno investicijo je ta, da bi 20 kW
vetrna turbina, postavljena na višini 30 m med hišami v vasi Hrib v Loškem
Potoku, na letni ravni ustvarila donos 1.850 €. Na isti lokaciji bi na 100 m višine
vetrna turbina z 2.000 kW priključne moči ustvarila količino električne energije
v vrednosti 127.000 €. Ob tovrstnih podatkih se poraja vprašanje, kakšen bi bil
donos na lokaciji izven naselja, ki je bolj izpostavljena vetru.
Konec zajema podatkov s prvotnim prototipom sovpada s postavitvijo nove
merilne postaje. Ta uspešno poroča podatke od konca septembra 2019 in bo v
bodoče nudila vpogled v ostale okoljske spremenljivke ter njihov vpliv na vetrno
energijo.
|
