ENERGETYKA WIATROWA - KILKA UWAG DLA INWESTORA 1. TROCHĘ FAKTÓW, TROCHĘ OPINII

Transkrypt

1 J. Tomasz Szuster Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej Politechniki Warszawskiej Nowowiejska 24, Warszawa tszuster@meil.pw.edu.pl ENERGETYKA WIATROWA - KILKA UWAG DLA INWESTORA 1. TROCHĘ FAKTÓW, TROCHĘ OPINII Energetyka wiatrowa osiągnęła stan dojrzałości technicznej. Świadectwem tego jest projektowy okres użytkowania maszyn sięgający 20 lat, niska awaryjność, czego potwierdzeniem jest gwarancja niebywale wysokiego stanu gotowości (ang. availability) sięgającego 95%. Siłownie wiatrowe są produktami zaawansowanej techniki, przeznaczonymi do pracy bezdozorowej, w pełni zautomatyzowanymi, ze zdalnym monitoringiem. Energetyka wiatrowa jest trwale zakorzeniona w świadomości społeczeństw, głównie krajów rozwiniętych, i jest przez nie akceptowana, jako technologia ekologiczna, uszczuplająca emisje gazów cieplarnianych. Elektrownia wiatrowa w ciągu kilku zaledwie miesięcy jest w stanie wyprodukować tyle energii ile zużyto na jej powstanie i pod tym względem należy do absolutnej czołówki technologii energetycznych. Energetyka wiatrowa charakteryzuje się stosunkowo wysokim poziomem nakładów inwestycyjnych i bardzo niskimi kosztami utrzymania ruchu. Obciążenia związane z obsługą kredytu, nierówne i trudne do przewidzenia, w poszczególnych miesiącach i latach, wpływy ze sprzedaży energii mogą stanowić zagrożenie dla płynności finansowej nieprzygotowanego inwestora. Istotną wadą energetyki wiatrowej jest podaż energii dyktowana warunkami wiatrowymi. Trudne, czy wręcz nie możliwe do osiągnięcia, jest precyzyjne prognozowanie energii wprowadzanej do systemu energetycznego. Uwaga ta dotyczy prognoz krótkoterminowych. W perspektywie roku wydajność energetyczna daje się przewidzieć z dokładnością do ± 10%. Spektakularna awaria w systemie energetycznym Niemiec przed paroma laty, powstała na skutek nieprzewidzianego wcześniej wyłączenia siłowni wiatrowych (wówczas moc zainstalowana w siłowniach wiatrowych sięgała tam ok MW), do której doszło na skutek gwałtownego wzrostu prędkości wiatru na dużym obszarze. Czynnikami decydującymi o efektywności ekonomicznej inwestycji są z jednej strony warunki wiatrowe z drugiej zaś cena zbytu energii. Pierwszy nakazuje staranne rozpoznanie owych warunków w okresie przygotowania inwestycji, drugi jest wypadkową gry rynkowej i polityki Państwa. Warunki wiatrowe najtrafniej charakteryzuje energia wiatru 1 wyrażana w kwh/m 2 /rok. Jej przybliżone wartości dla wybranych lokalizacji na terenie Lubelszczyzny, na różnych wyso- 1 Zwana niekiedy energią wiatru brutto a także, trochę niefortunnie, energią użyteczną wiatru 1

2 kościach przy różnych klasach terenu podane są Raporcie 2. Jest to energia, jaką niesie wiatr w rurce o przekroju poprzecznym równym 1 m 2 w ciągu roku. Przy wiatraku, dobrze dobranym do warunków wiatrowych, z jednego metra kwadratowego pola zakreślanego przez wirnik uzyskać można uzyskać (w energii elektrycznej) ok % tej energii. Inną wielkością charakteryzującą potencjał energetyczny wiatru jest jego prędkość średnia długoterminowa. Jej wartość praktyczna jest jednak wątpliwa, bowiem lokalizacje o tej samej prędkości średniej mogą różnić się energią nawet do 30%. Poprawne oszacowanie warunków wiatrowych dla wybranej lokalizacji jest zapewne najważniejszym i najtrudniejszym zadaniem działań przedinwestycyjnych. Obejmuje nie tylko rozpoznanie potencjału energetycznego, ale także zebranie niezbędnych informacji na temat pionowego profilu prędkości średniej itp. Zadanie to należy powierzyć rzetelnej, wyspecjalizowanej firmie. Realizacja zadania polega na, trwających nie mniej niż rok, pomiarach prowadzonych na miejscu, oraz ich opracowaniu z wykorzystaniem analizy korelacyjnej i innych wyspecjalizowanych technik oraz narzędzi. Rozpoznanie warunków wiatrowych jest podstawą do oszacowania wydajności energetycznej elektrowni/parku wiatrowego. O znaczeniu tego etapu przygotowań do inwestycji niech świadczy fakt, że 10% błąd w prognozie warunków wiatrowych, skutkuje 20 25% błędem w oszacowaniu wydajności. Taki błąd przeszacowania wydajności przesądza zwykle o niepowodzeniu całego przedsięwzięcia. Wielkość elektrowni wiatrowej znaczy się zwykle mocą znamionową (zainstalowaną). Wielkość ta nie pozostaje w bezpośrednim związku z jej wydajnością energetyczną. Związek między nimi uzależniony jest od warunków wiatrowych, od tego ile, jakiego wiatru można spodziewać się w wybranej lokalizacji. Dla elektrowni wiatrowej poprawnie dobranej do warunków wiatrowych jej moc średnia roczna stanowi ok % mocy znamionowej. 2. ILE KOSZTUJE INWESTOWANIE W ENERGETYKĘ WIATROWĄ? Informacje zamieszczone w tym punkcie, zwłaszcza te, dotyczące ceny elektrowni wiatrowych należy traktować orientacyjnie. Ostatnio, na skutek znacznego wzrostu popytu ich ceny wzrosły o %. Ceny siłowni wiatrowych wyrażone w /kw mocy zainstalowanej w zależności od mocy zainstalowanych przedstawiono na rys WOJEWÓDZKI PROGRAM ROZWOJU ALTERNATYWNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII dla Województwa Lubelskiego. RAPORT III -PROGRAM 2

3 1200 EURO/kW MOC ZNAMIONOWA SILOWNI [kw] Rys.1 Cena jednostki mocy zainstalowanej w siłowni w zależności od jej mocy znamionowej. Źródła różne z lat Zakup siłowni stanowi wg różnych źródeł ok % pełnych nakładów inwestycyjnych. Przykładową strukturę nakładów zamieszczono w tab.1. Podane tam udziały poszczególnych składników należy traktować jako wartości średnie, reprezentatywne dla typowych warunków środowiskowych, oraz typowego wyposażenia lokalizacji w infrastrukturę (drogi dojazdowe, infrastruktura energetyczna). W przypadkach szczególnych udział niektórych składników może znacznie odbiegać od przedstawionych. Tab.1 Struktura nakładów inwestycyjnych przy budowie farmy wiatrowej Wyszczególnienie % w nakładach całkowitych % w nakładach towarzyszących Siłownie Fundament Instalacja elektryczna, przyłącze Planowanie i koszty administracyjne Grunt Inne prace inżynierskie Koszty obsługi finansowej Źródło: EWEA Wind Energy - The Facts, 2003 Przyjmując cenę jednostkową siłowni na poziomie /kw oraz uwzględniając udział siłowni w całkowitych nakładach na poziomie średnio 80% można spodziewać się, że całkowite nakłady na kw mocy zainstalowanej w famie wyniosą ok /kw. Potwierdzają to materiały pochodzące z innych źródeł, dotyczące nakładów poniesionych przy budowie farm lub nakładów przewidywanych w fazie projektowania. Na rys.2 przedstawiono jednostkowe nakłady inwestycyjne w zależności od mocy zainstalowanej w farmie. Dane te mają charakter orientacyjny, a to z następujących powodów: W materiałach źródłowych nakłady podawane były są w cenach aktualnych z okresu realizacji inwestycji, bądź ich planowania W skład farm wiatrakowych wchodzą maszyny o różnej mocy znamionowej; Istnieje związek między ceną jednostkową siłowni a ich mocą znamionową (patrz rys.1) Nakłady wyrażone w różnych jednostkach monetarnych sprowadzono do EURO wg aktualnego kursu. 3

4 EURO/kW EURO/kW MOC ZAINSTALOWNA W FARMIE MW Rys.2 Jednostkowe nakłady inwestycyjne przypadające na jednostkę mocy zainstalowanej w farmie w zależności od mocy zainstalowanej.. Dane pochodzą z różnych źródeł, z lat LICZBA SILOWNI W FARMIE Rys.3 Jednostkowe nakłady inwestycyjne przypadające na jednostkę mocy zainstalowanej w farmie w zależności od liczby siłowni w farmie. Źródło: EWEA, Wind Energy The Fact O PRZYGOTOWANIU INWESTYCJI Budowa elektrowni wiatrowej, pojedynczej czy parku wiatrowego związana jest z procedurą dość złożoną. W polskim prawie elektrownie wiatrowe traktowane są jak obiekty budowlane i stąd postępowanie przy ich instalowaniu jest zbliżona do tej, wymaganej np. przy budowie domu. Jednak ze względu na rozmiar przedsięwzięcia i jego szczególne cechy, w czasie jego przygotowania i realizacji, niezbędne są (lub mogą być) czynności (etapy) dodatkowe. Szczególne miejsce zajmuje tu rozpoznanie warunków wiatrowych i projekt parku wiatrowego. To ostatnie polega na tym, by dla terenu pozostającego do dyspozycji tak dobrać maszyny, ich liczbę i rozmieszczenie by spełnić zdefiniowaną wcześniej funkcje celu; może nią być np. maksimum energii z danej działki, czy minimalizacja kosztów własnych przypadających na jednostkę wytworzonej energii. Przy projektowaniu parku wiatrowego uwzględnia się wymagania normatywne dotyczące dopuszczalnego poziomu hałasu na przyległym terenie zasiedlonym, czy ograniczenia wynikające z efektu ruchomego cienia. W ramach projektu wyznaczana jest wydajność elektrowni/parku niezbędna do wykonania studium wykonalności i analizy efektywności ekonomicznej projektu. Poza tym należy m.in.: Uzyskać licencję na produkcję energii elektrycznej, Uzyskać warunki przyłączenia do sieci energetycznej, Zawrzeć umowę na sprzedaż energii, Uzyskać uzgodnienia z takimi instytucjami jak: Główny Inspektorat Lotnictwa Cywilnego, Ministerstwem Obrony narodowej, Państwową Agencją Radiokomunikacyjną Dyrekcjami Okręgowymi Dróg Publicznych oraz innymi instytucjami wymienionymi w decyzji o warunkach zabudowy i zagospodarowania terenu Niezbędne okaże się również wykonaniu szeregu prac inżynierskich związanych z projektowaniem i budową infrastruktury (drogi, place montażowe, przyłącze). Więcej informacji na ten temat znaleźć można np. na stronie file:///c:/documents%20and%20settings/administrator/pulpit/lublin/por_poradnik.htm 4

5 4. MAŁE TEŻ MOŻE BYĆ UŻYTECZNE Energetyka wiatrowa, także w małym wymiarze, może okazać się atrakcyjna. Przydomowa elektrownia wiatrowa stawiana na własnym terenie, pracująca w sieci wydzielonej, bez integracji z systemem energetycznym, jest przedsięwzięciem prostym pod względem logistycznym. Najprostszym i najtańszym rozwiązaniem jest wykorzystanie elektrowni wiatrowej ogrzewania jako dodatkowego, ale znaczącego źródła ciepła. Przy takim zastosowaniu prąd wytwarzany w elektrowni nie musi posiadać parametrów sieciowych, co dodatkowo upraszcza rozwiązanie i czyni je tańszym. Na uwagę zasługuje fakt, że rozkład energii wiatru - naszego paliwa - w ciągu roku jest zgodny z rozkładem zapotrzebowanie na ciepło w gospodarstwie domowym. Ilustruje to rys.4. Pokazano tam, dla domu o powierzchni użytkowej ok. 140 m 2, zasiedlonym przez 4 osoby, rozkład zapotrzebowania na energię (CO+CW) w ciągu roku, oraz energię możliwą do uzyskania z elektrowni wiatrowej o średnicy wirnika ok. 6 m. W cytowanym przykładzie warunki wiatrowe, łącznie z rozkładem energii w ciągu roku zbliżone są do tych na lotnisku Warszawa-Okęcie na wysokości m. ENERGIA POTRZEBNA [kwh] energia potrzebna energia wiatru ENERGIA WIATRU /m-c/m^ miesiące 0 Rys.4 Na uwagę zasługuje również zastosowanie wiatraków do pompowania wody zarówno do regulacji stosunków wodnych na gruntach uprawnych jak i zaopatrzenia w wodę np. bydła na odległych pastwiskach. Urządzenia takie, z bezpośrednim napędem pompy wyporowej (tłokowej lub membranowej) mogą pracować efektywnie przy już przy prędkości wiatru 3 m/s a ich walory użytkowe, tam zwłaszcza gdzie odległość do sieci energetycznej jest znaczna, są godne uwagi. 5