Nestabilnost cijena na regionalnim tržištima i najavljeno uvođenje ETS-a čine električnu energiju ozbiljnim poslovnim rizikom. Zbog toga sve više kompanija ulaže u solarne fotonaponske elektrane na krovovima, nad parking-prostorima i uz proizvodne hale.

Autor: Edin Šemić, dipl.ing.el., CETEOR d.o.o. Sarajevo

Elektroenergetski sektor Bosne i Hercegovine (BiH) i dalje se najvećim dijelom oslanja na termoelektrane na ugalj, uz značajan udio hidroelektrana, dok solarna i vjetroenergija tek ulaze u period bržeg razvoja. Međutim, klimatske obaveze, CBAM/ETS mehnizmi, rast cijene emisija, kao i povećanje troškova konvencionalne proizvodnje, guraju sistem prema obnovljivim izvorima, dominantno iz ekonomskih, ali i iz okolinskih razloga. Posebno se bilježi rast projekata izgradnje malih elektrana koje koriste obnovljive izvore energije (OIE) za proizvodnju električne energije za vlastite potrebe (dominantno solarnih elektrana), pri čemu industrija prednjači zbog vrlo često visokih iznosa troškova električne energije, odnosno značajnog udjela troškova električne energije u ukupnim troškovima poslovanja.

Nestabilnost cijena na regionalnim tržištima i najavljeno uvođenje ETS-a čine električnu energiju ozbiljnim poslovnim rizikom. Zbog toga sve više kompanija ulaže u solarne fotonaponske elektrane na krovovima, nad parking-prostorima i uz proizvodne hale. Lako kombinovani (hibridni) sistemi solar + vjetar u BiH za sada nisu zaživjeli u praksi, okolnosti kao što su rast cijena, pritisci na zakonodavna i regulatorna tijela ali i na ODS-ove, sigurnost snabdijevanja i zahtjevi kupaca, stvaraju realan prostor da upravo ovakva rješenja počnu ulaziti na tržište u narednim godinama.

Sa sličnim izazovima se počinje suočavati i sektor domaćinstava. Nakon dugog perioda stabilnosti, cijena električne energije za domaćinstva raste uzastopno, a očekuje se da će se proces ubrzati kako se tržište bude liberalizovalo. To će gotovo sigurno dovesti do masovne izgradnje malih elektrana za vlastite potrebe, jer je povrat investicije svake godine kraći, obzirom na povećanje cijene snabdijevanja uz istovremeni pad cijene, ali i povećanu dostupnost opreme koja se koristi u elektranama na OIE. U tom kontekstu, hibridni sistemi imaju prednost jer pokrivaju različite vremenske uslove: solarne elektrane najvećim intenzitetom proizvode električnu energiju danju i ljeti, dok vjetar često dominira u noćnim i zimskim periodima. Tako se veći dio godišnje potrošnje pokriva vlastitom proizvodnjom, uz manju potrebu za skupim baterijskim sistemima.

Prednosti hibridnih sistema su jasne:

• ravnomjernija proizvodnja električne energije kroz godinu u odnosu na jedan izvor energije,
• manja potreba za baterijama i niži ukupni trošak sistema,
• otpornost na nestanke i fluktuacije u mreži,
• smanjenje regulatornih i finansijskih obaveza vezanih za CO₂ u narednim godinama.

Kada se ovo poveže sa pametnim mjerenjem i mogućnošću upravljanja energijom na nivou objekta, hibridne elektrane postaju ne samo tehničko rješenje, nego i način da industrija i domaćinstva dugoročno zaštite svoje troškove i sigurnost napajanja. Sve ukazuje da će naredni period u BiH obilježiti snažan rast malih elektrana na OIE za vlastite potrebe, a kako se tržište bude razvijalo, hibridni solarno–vjetro koncepti će se prirodno nadovezati kao sljedeća faza tog razvoja.

Solarni potencijal u BiH

Bosna i Hercegovina raspolaže vrlo povoljnim uslovima za korištenje solarne energije. Srednja godišnja insolacija u većem dijelu zemlje kreće se između 1.400 i 1.600 kWh/m², pri čemu su Hercegovina i jugozapadni dijelovi zemlje u vrhu regije sa više od 2.200 sunčanih sati godišnje. Takvi klimatski uslovi čine male solarne fotonaponske sisteme tehnički i energetski opravdanim i u domaćinstvima i  industriji.

U kontekstu solarnih fotonaponskih elektrana za vlastite potrebe, najčešće se primjenjuju krovne instalacije ravni i kosi krovovi stambenih kuća, poslovnih objekata i proizvodnih hala. Pored toga, sve češće se primjenjuju nadstrešnice za parking prostore (tzv. solar carport rješenja), jer omogućavaju dodatnu upotrebu postojećih površina bez zauzimanja novih zemljišnih parcela.

Dimenzioniranje solarnih fotonaponskih elektrana se u pravilu vrši polazeći od godišnje potrošnje objekta i željenog udjela pokrivanja vlastitom proizvodnjom. Tipično urbano domaćinstvo sa potrošnjom 10–15 MWh godišnje zahtijeva sistem reda veličine 10–15 kWp, dok manji industrijski pogoni čija je potrošnja višestruko veća (30–100 MWh godišnje za manje industrijske objekte) zahtijevaju kapacitete od 30–100 kWp. Kod industrije je motivacija dodatno naglašena zbog tržišnog snabdijevanja električnom energijom koje se ogleda u značajno većim cijenama električne energije, dok istovremeno postoji direktna izloženost cjenovnim šokovima odnosno volatilnosti tržišta.

Uprkos povoljnom solarnom potencijalu, stepen iskorištenja fotonaponskih sistema u BiH i dalje je nizak u poređenju sa zemljama EU. Glavni razlozi su pored još uvijek niske cijene električne energije u sektoru domaćinstava administrativne procedure koje demotivišu domaćinstva da investiraju u sisteme za vlastitu potrošnju. Ipak, posljednjih godina je zabilježen ubrzan rast instalacija upravo u segmentu “proizvodnje za vlastite potrebe”, prvenstveno zbog rasta cijena električne energije i pojeftinjenja opreme, kao i pojednostavljenja administrativnih procedura u pojedinim dijelovima zemlje.

Vjetropotencijal u BiH u kontekstu malih sistema

Vjetropotencijal u Bosni i Hercegovini je prostorno neujednačen, ali čak i područja sa umjerenim brzinama vjetra (3–5 m/s) mogu biti pogodna i ekonomski isplativa za male vjetroturbine snage 1–20 kW. Takvi sistemi su dovoljno efikasni da osiguraju značajan doprinos smanjenju prijema energije iz mreže u domaćinstvima, na farmama ili u industrijskim pogonima, posebno na lokacijama koje nisu idealne za velike vjetroparkove. Prema dostupnim mjerenjima, područja Hercegovine, jugozapadnog dijela Bosne, te visoravni oko Bugojna i Livna bilježe prosječnu godišnju brzinu vjetra između 4 i 6 m/s na visini od 10–20 m, što je dovoljno za male turbine da proizvedu 2–4 MWh električne energije godišnje po instaliranom kW. Ovo znači da vjetrogenerator daje 2-3 puta više električne energije u odnosu na solarnu elektranu iste snage.

Male vjetroturbine su dizajnirane da rade i pri slabijim brzinama vjetra, što omogućava njihovu instalaciju na krovove kuća, stubove, nadstrešnice ili dvorišne površine bez potrebe za dodatnim zemljištem. Ove turbine imaju jednostavnu konstrukciju, lako održavanje i vijek trajanja od 15–20 godina, što ih čini pogodnim za udaljene i ruralne lokacije, ali i za industrijske pogone i domaćinstva u urbanijim područjima. Ipak, ova tehnologija još nije zaživjela u BiH zbog nejasnog regulatornog okvira, složenijih tehničkih zahtjeva za instalaciju i priključenje na mrežu u poređenju sa solarnim fotonaponskim sistemima, te ograničenog tržišta i servisne podrške.

Iako u BiH još nisu zaživjele u praksi, male vjetroturbine predstavljaju tehnički opravdan način iskorištavanja lokalnog vjetropotencijala, posebno u kombinaciji sa solarnim fotonaponskim sistemima ili kao samostalni izvor energije u domaćinstvima i privrednim objektima. Njihov potencijal postaje značajan kada se uzme u obzir pokrivanje vršnih potreba i smanjenje zavisnosti od električne mreže, čime doprinosi dugoročnoj uštedi i smanjenju energetske zavisnosti.

Hibridni energetski sistemi (solar+vjetar)

Kombinacija fotonaponskih i vjetroturbinskih sistema u jedinstveni hibridni koncept predstavlja logičan razvoj decentralizovane proizvodnje energije, jer omogućava stabilnije i ravnomjernije snabdijevanje tokom cijele godine u odnosu na sisteme oslonjene na jedan izvor. Integrisanjem dvaju komplementarnih obnovljivih izvora postiže se veća energetska autonomija objekta, smanjuje oslanjanje na mrežu i minimizira rizik od proizvodnih oscilacija karakterističnih za monotehnološka rješenja.

Ovakvi sistemi doprinose optimizaciji odnosa između proizvodnje i potrošnje, jer povećavaju udio energije koja se neposredno koristi na licu mjesta, čime se smanjuju troškovi za energiju preuzetu iz mreže i rasterećuje elektroenergetska infrastruktura. Pored toga, činjenica da dva izvora međusobno amortizuju nedostatke jedan drugog znači da je potrebna manja baterijska rezerva za postizanje istog nivoa sigurnosti napajanja, što direktno utiče na investicione troškove i produžava životni vijek baterijskih sistema, ukoliko se koriste.

Zbog ovih karakteristika, hibridni sistemi sve češće postaju racionalan izbor za objekte koji žele dugoročno kontrolisati troškove energije, povećati operativnu stabilnost i istovremeno smanjiti karbonski otisak, bez kompletnog oslanjanja na buduće tržišne ili regulatorne podsticaje.

Tehnička izvedba hibridnih sistema

Hibridni sistemi mogu biti izvedeni kao otočni (off-grid) ili kao sistemi povezani s elektroenergetskom mrežom (on-grid), pri čemu je u drugom slučaju cilj maksimalno iskorištenje proizvedene energije za vlastite potrebe, odnosno smanjenje prijema električne energije iz mreže. U tehničkoj izvedbi postoje dvije dominantne arhitekture integracije izvora:

• DC-coupling — solarni i vjetrogeneratori se integrišu na istosmjernoj strani preko zajedničkog hibridnog invertera i DC-kontrolera
• AC-coupling — solarni i vjetrogeneratori rade preko odvojenih invertera, a integracija se vrši na AC strani, uz sinhronizaciju s mrežom i eventualno sa AC-battery inverterom

Obje arhitekture se koriste u praksi i kompatibilne su sa standardima za paralelni rad sa mrežom, kao i sa zahtjevima za zaštitu u otočnom režimu rada.

Ključni elementi hibridnog sistema uključuju:

• Solarne fotonaponske panele u rasponu 300–550 W po panelu,
• Male vjetroturbine snage od 1 kW do 20 kW, izvedene sa horizontalnom ili vertikalnom osom rotacije, pri čemu se izbor zasniva na raspoloživom prostoru i višegodišnjim srednjim brzinama vjetra,
• Invertere i kontrolere: hibridni inverteri omogućavaju upravljanje višestrukim izvorima energije i tokovima prema potrošačima, bateriji i mreži, dok se kod AC-coupling izvedbi primjenjuju odvojeni inverteri uz međusobnu sinhronizaciju na AC strani.
• Baterijske sisteme (opcionalno) — baterijski sistemi se koriste prema logici potrošnje, ali u hibridnim konceptima zahtjev za kapacitetom je manji zbog komplementarnosti izvora,
• Monitoring i upravljački softver: SCADA / EMS platforme omogućavaju nadzor proizvodnje, predikciju opterećenja i automatizovanu optimizaciju, u skladu s konceptom naprednih distribuiranih energetskih resursa (DER-MS), što je u skladu s preporukama IEC 61850 za integraciju u mrežu.

Povezivanjem prethodno navedenih komponenti, hibridni sistemi se mogu projektovati tako da osiguraju pouzdanu proizvodnju energije i stabilnu povezanost s mrežom.

DC coupling vs. AC coupling

Hibridni sistemi, koji kombinuju više izvora, mogu se spojiti na sistem unutrašnjih instalacija objekta za čije energijske potrebe se isti instalira, koristeći jednu od dvije sheme integracije: DC-coupling ili AC-coupling. Obje sheme su široko zastupljene, ali se u praksi koriste u različitim kontekstima upravo zato što se razlikuju po tehničkoj složenosti, ekonomskoj opravdanosti i fleksibilnosti u nadogradnji.

DC-coupling se tipično smatra tehnički jednostavnijim rješenjem kada se sistem gradi kao nova cjelina. U toj arhitekturi solarna elektrana i vjetroagregat (i baterija ukoliko je dio sistema) se spajaju se na jedinstvenu DC sabirnicu i jednim hibridnim inverterom se obavlja konverzija prema mreži i potrošačima. Prednost ovakvog koncepta, je u manjem broju pretvaračkih niova, što dovodi do nešto veće ukupne efikasnosti i nižeg početnog troška opreme kod malih i srednjih instalacija. Ovaj pristup je posebno čest u off-grid i novim postrojenjima u domaćinstvima kao i u komercijalnim i industrijskim sistemima, gdje se sve planira od početka, te nije potrebno zadržavati postojeću opremu.

Suprotno tome, AC-coupling se najčešće bira u situacijama kada već postoje invertori, naročito inverteri povezani na mrežu u okviru solarnih elektrana, a takav sistem se naknadno želi proširiti baterijom ili dodatnim izvorom električne energije (vjetar). U tom konceptu svaki izvor ima svoj invertor, integracija se odvija preko AC sabirnice i koordinira EMS-om ili baterijskim AC-inverterom. Takav pristup je fleksibilniji u pogledu naknadnog proširenja i preporučuje se upravo za retrofit i hibridizaciju postojećih sistema. Međutim, u tehničkoj izvedbi AC-coupling je složeniji zbog većeg broja komponenti i zahtjevne koordinacije, a u energetskom smislu može imati dodatne pretvorne gubitke (FNE DC→AC, pa opet AC→DC u bateriji). Ti gubici i veći broj uređaja često rezultuju višim početnim troškom u odnosu na DC-coupling, osim u slučaju kada se izbjegava kupovina novog centralnog invertera jer se postojeći zadržava.

Obzirom na prethodno navedeno, DC-coupling se smatra tehnički i ekonomski prihvatljivijim rješenjem za nove male i srednje sisteme, dok se AC-coupling smatra fleksibilnijim, ali tehnički i finansijski zahtjevnijim rješenjem, koje dobija smisao kada se žele iskoristiti postojeći inverteri ili kada je planirano postepeno skaliranje sistema bez zamjene postojeće infrastrukture.

Ekonomski aspekt

U BiH postoji značajan potencijal za razvoj hibridnih energetskih sistema koji kombinuju solarne elektrane i male vjetroturbine. Takvi sistemi mogli bi postati atraktivna opcija za kućanstva, poslovne objekte i manje industrijske pogone. Razlog tome je kombinacija rasta cijena električne energije, dostupnosti fondova i subvencija za obnovljive izvore, te sve povoljnije cijene opreme i instalacije. Visina investicije u male solarne elektrane kapaciteta do nekoliko kilovata prosječno košta između 500 i 700 EUR po kW, što uključuje panele, invertere i kompletnu montažu. Takve cijene čine solarne sisteme pristupačnim čak i za domaćinstva koji žele smanjiti mjesečne troškove energije, dok istovremeno doprinose smanjenju emisije štetnih gasova.

Male vjetroturbine, sa opsegom kapaciteta od 1 do 5 kW, imaju cijenu oko 1.500–2.500 EUR po kW, dok veće turbine od 10 do 20 kW mogu biti nešto povoljnije, oko 1.200–2.000 EUR po kW, uključujući instalaciju i potrebnu infrastrukturu. Vjetroenergija, iako zahtijeva nešto veću inicijalnu investiciju i tehničku pripremu, u kombinaciji sa solarnom energijom omogućava stabilniju proizvodnju električne energije kroz cijelu godinu, jer su solarne elektrane i vjetroelektrane međusobno komplementarne sa aspekta proizvodnje električne energije.

Hibridni inverteri, koji omogućavaju praćenje i optimizaciju oba izvora, dodatno povećavaju trošak za oko 10–15%, ali pružaju značajne tehničke prednosti, uključujući bolju kontrolu, stabilnije snabdijevanje energijom i mogućnost pametnog upravljanja potrošnjom. Povrat investicije u solarne elektrane u BiH najčešće traje između 5 i 8 godina. Iako se vjetroelektrane odlikuju većim iznosom CAPEX-a u odnosu na solarne elektrane, ovaj tip elektrana također može ostvariti istu dužinu perioda povrata investicije, obzirom na većih prinos kWh/kW u odnosu na solarne elektrane. Dodatnu ekonomsku atrakciju čine subvencije koje nude pojedini državni fondovi, uključujući poticaje do 7.000 KM za kućne elektrane.

U konačnici, ulaganje u hibridne sisteme predstavlja kombinaciju ekonomske racionalnosti i tehničke efikasnosti. Smanjenje troškova električne energije, povećanje energijske nezavisnosti i doprinos smanjenju emisije CO₂ čine ovakve sisteme realnom i održivom opcijom u BiH. Kako tržište opreme i fondovi za OIE postaju sve dostupniji, hibridni sistemi će sve više postajati pristupačni širokom spektru korisnika, od privatnih domaćinstava do industrijskih i poslovnih objekata.

Zaključak

Hibridni sistemi (solar+vjetar) u BiH trenutno nisu prisutni u praksi, ali okolinski, regulatorni i ekonomski trendovi jasno pokazuju da će upravo ovakva rješenja ući u fazu značajnijeg razvoja u narednim godinama. Prednosti ravnomjernije godišnje proizvodnje, manja potreba za baterijama i sve kraći periodi povrata, u narednim godinama će ovakve sisteme učiniti atraktivnim mehanizmima za postizanje energijske nezavisnosti i izbjegavanje cjenovnih šokova uzrokovanih promjenama na tržištu električne energije. Kako cijene opreme padaju, a cijena električne energije i regulatorni pritisci rastu, hibridne elektrane postaju racionalan alat za dugoročno upravljanje troškovima i rizicima. U takvom kontekstu, hibridni sistemi imaju realan potencijal da postanu sljedeća faza energetske tranzicije u BiH.