Projekti / Programi
Izdelava modela za oceno razpoložljivosti sončne energije v Sloveniji na osnovi meteoroloških meritev
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.04 |
Naravoslovje |
Fizika |
Meteorologija in oceanografija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P500 |
Naravoslovno-matematične vede |
Geofizika, fizična oceanografija, meteorologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.05 |
Naravoslovne vede |
Zemlja in okolje |
sončna energija, obnovljivi viri energije, biomasa iz alg
Raziskovalci (6)
Organizacije (2)
Povzetek
Alternativni način proizvodnje obnovljive energije je predelava alg v biomaso. Algne tehnologije so lahko ključno orodje za zmanjševanje emisij toplogrednih plinov, ki jih v okolje izpuščajo elektrarne na premog in drugi industrijski obrati z visokimi izpusti ogljikovega dioksida (Demirbas in Demirbas, 2011).
Alge, s katerimi so zlasti bogata obmorska območja, je mogoče gojiti tudi v vodnih zajetjih na celinskih območjih. Čeprav je tehnologija izdelave goriva še na začetni stopnji razvoja, je možnost proizvodnje goriva iz alg izjemno obetavna, zlasti zaradi njihovega relativnega deleža olja, ki je višji kot pri katerem koli drugem viru biomase. Poleg tega gojenje alg ne predstavlja konkurenčne dejavnosti prehrambenemu poljedelstvu.
Alge med fotosintezo tudi učinkovito odstranjujejo ogljikov dioksid iz zraka, kar pripomore k zmanjševanju vpliva toplogrednih plinov na podnebje.
Najpomembnejši abiotski dejavnik, ki določa rast alg, je zagotovo sončno sevanje. Alge, podobno kot koruza, soja, sladkorni trs, les in druge rastline, med fotosintezo pretvarjajo sončno energijo v kemično ter jo shranjujejo v obliki maščob, ogljikovih hidratov in beljakovin. Rastlinsko olje je mogoče predelati v biodizelsko gorivo, zato je slednje oblika sončne energije. Večja kot je učinkovitost določene rastline pri pretvarjanju sončne energije v kemično, večja je njena uporabnost z vidika proizvodnje biodizelskega goriva — alge pa so ene najbolj fotosintezno aktivnih rastlin na svetu (Demirbas in Demirbas, 2011).
Cilj te raziskave je zato oceniti, kakšne so možnosti za proizvodnjo goriva iz algne biomase v Sloveniji. Njen namen je tudi oceniti prostorski in časovni razvoj sončnega sevanja na površju na slovenskih obmorskih območjih z uporabo fiksnih in prenosnih merilnikov ter satelitskih slik in numeričnega napovedovanja vremena v mezo–skali.
Za analizo kakovosti podatkovnega niza in oblikovanje modelov za ocenjevanje časovnega in prostorskega razvoja globalnega sončnega sevanja na površju Slovenije bo uporabljena tudi metoda umetnih nevronskih mrež.
Klasični pristop za iskanje morebitne lokacije za izkoriščanje sončne energije temelji na ekstrapolaciji splošnih modelov (ki so sicer prilagojeni samo nekaterim glavnim območjem v Sloveniji). V tej raziskavi pa bomo namesto tega uporabili pristop na osnovi meritev, s katerimi lahko zagotovimo natančnejše ocene razpoložljive sončne energije. Nadalje bomo razvijali in uporabljali svoje že poprej razvite metode, s katerimi bomo nadomestili drage merilne metode (npr. meritve razpršenega sončnega sevanja) ter jih nadgradili z modeli umetnih nevronskih mrež, ki omogočajo uporabo preprostih, cenovno ugodnih in široko uporabljenih osnovnih meteoroloških meritev. Te metode so že bile predmet mnogih znanstvenih razprav. Nova metoda določanja razpoložljive sončne energije bo omogočala natančnejše ocene tudi za območja, za katera so namesto dolgoročnih in dragih meritev na voljo vsaj osnovne meteorološke meritve (na več kot 50 lokacijah v Sloveniji).
Najprej bomo razvili model za slovensko obmorsko mesto Portorož, nato pa bomo enako metodologijo uporabili za pripravo modela dveh ali treh slovenskih celinskih mest (Brnik, Maribor in Murska Sobota) ter tam preverili njeno veljavnost. Na enak način bomo pripravili model za eno obmorsko in eno celinsko mesto v Braziliji. Na osnovi ocenjevanja več mest smo poskušali izdelati splošni model. To je najpomembnejši predvideni znanstveni prispevek tega projekta.
Dosedanje znanstveno sodelovanje slovenske in brazilske raziskovalne skupine s področja sončnega sevanja je bilo izjemno plodno, tako kot tudi sodelovanje dodiplomskih in podiplomskih študentov, ki so z metodami nevronskih mrež pripravljali analize in modele. Članki, objavljeni v znanstvenih revijah, potrjujejo dobre rezultate sodelovanja.
Pomen za razvoj znanosti
Napovedovanje časovnega in krajevnega razvoja meteoroloških veličin v podrobni ločljivosti nad kompleksnim terenom, kakršen je v Sloveniji, je še vedno pomemben znanstven izziv. V projektu smo obravnavali predvsem vse vidike napovedovanja sončnega sevanja, tako globalnega kot njegove komponente - difuznega sončnega sevanja. Ključni znanstveni dosežek projekta je napoved difuznega sončnega sevanja z novo razvitimi modeli na osnovi meteoroloških meritev in/ali vremenskih napovedi z uporabo umetnih nevronskih mrež. Metodologijo smo najprej zgradili za področje Slovenije. Dodatno pa smo jo prenesli tudi na področje Sao Paula v Braziliji in na otočje Kralja Georga na Antarktiki. Ključno pri tem dosežku je, da smo z validacijo na dolgoročnem nizu podatkov dokazali, da sta metodologija izgradnje modelov in sam model kot tak krajevno prenosljiva v Sloveniji med področjema z izrazito različnimi klimatskimi razmerami. V projektu smo dodatno zgradili večletno bazo krajevno in časovno podrobnih napovedi razvoja globalnega sončnega sevanja nad ozemljem Slovenije, začeli pa smo izgradnjo tudi za Sao Paulo v Braziliji in za del Antarktike. Baza bo služila za nadaljnje znanstvene raziskave tako na meteorološkem področju kot tudi na področju onkologije – predvsem za geografske raziskave povezljivosti sončnega sevanja in kožnih rakov. Poleg tega osnovnega meteorološkega področja pa smo v projektni vlogi predvideli tudi raziskave na področju informacijsko komunikacijskih tehnologij kot podporo meteorološkim raziskavam. V projektu smo uspešno nadgradili DTN internetno tehnologijo zbiranja okoljskih podatkov v najzahtevnejših razmerah iz odmaknjenih področij. Iz ene od merilnih postaj v okviru MEISovega testirnega okolja prenašamo merilne podatke in rezultate »in-situ« modeliranja difuznega sončnega sevanja z DTN internetno tehnologijo (skupaj že večletni redni vsakodnevni prenos). Robustnost naše nadgradnje te tehnologije pa smo preizkusili v najzahtevnejšem okolju. Preizkusili smo jo za prenos podatkov z meteorološke merilne postaje ob železniški progi v Postojnski jami in sicer v načinu prenosa, ko se vlak pelje mimo postaje brez ustavljanja. Uspešen test te tehnologije v najzahtevnejših razmerah je požel navdušenje svetovne avtoritete – dr. Vinta Cerfa, ki je priznan kot eden od parih očetov interneta in je tudi eden od snovalcev DTN internetne tehnologije.
Pomen za razvoj Slovenije
Aplikativni produkti projekta so za mikro podjetje MEIS izjemnega pomena. Aplikativni produkti so tako orodja kot tudi večletne baze lastnih meritev kot tudi večletne baze modelskih napovedi, ki nam omogočajo podrobno analizo časovne in krajevne razpoložljvosti sončnega sevanja za kraje po Sloveniji na osnovi meritev in/ali modeliranja. S temi produkti smo pripravili vse potrebno za trženje novih storitev za najzahtevnejše investitorje, ki nameravajo izkoriščati sončno energijo in jih vnaprej zanima predvideni izplen. Z bistvenim zmanjšanjem državnih subvencij je postalo za investicije namreč pomembno, ali se bodo ekonomska vlaganja povrnila ali ne. Nekatere ključne aplikativne dosežke smo ob koncu projekta že uspeli prodati kot storitev Nuklearni elektrarni Krško, načrtujemo pa še več podobnih visokotehnoloških produktov. Izpopolnili smo tudi DTN internetno tehnologijo prenosa merilnih podatkov v komunikacijsko najzahtevnejših okoljih. Predvidevamo trženje te tehnologije za spremljanje klimatologije na oddaljenih področjih (ki niso pokrita z običajno komunikacijsko infrastrukturo). Nenazadnje pa je pomembno, da se slovenski raziskovalno usmerjeni MSP MEIS vključuje v raziskave na svetovni ravni in ima dostop do najzahtevnejših merilnih rezultatov - merilne kampanije MCITY v Sao Paulu ali meritev in raziskav na otočju na Antarktiki, ki jih financira Brazilija. Predvsem raziskave na Antarktiki so izjemno pomembna dimenzija sodelovanja MEISa z Univerzo v Sao Paulu in bi bile brez njihovega projekta ETA Antarctica, kamor smo raziskovalci MEISa formalno vklučeni, za nas sicer finančno in praktično nedosegljive. Aplikativni projekt je tako odprl več možnosti za nove tržne storitve in s tem višjo dodano vrednost produktov MEISa.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
