Wpływ wybranych czynników na inwestycje w energetyce wiatrowej Autor: Katarzyna Stanisz ( Czysta Energia listopada 2007) Elektroenergetyka wiatrowa swój dynamiczny rozwój na świecie zawdzięcza polityce proekologicznej poszczególnych państw, przejawiającej się w dotacjach do inwestycji oraz preferencyjnych cenach kupna tej energii przez krajowy system energetyczny. Jeszcze bardziej dynamiczny i powszechny rozwój energetyki wiatrowej zaleŝy od znalezienia czynników mogących mieć pozytywny wpływ na efektywność inwestycji. W artykule przedstawiono analizę wpływu dwóch takich czynników a mianowicie zmiany cen energii w skali jednego roku oraz wysokości lokalizacji gondoli elektrowni ponad poziomem gruntu. Wpływ szybkości wzrostu cen energii Analizie poddana została produkcja energii przez elektrownię wiatrową o mocy 160 kw produkcji polskiej, a zatem najbardziej w kraju dostępnej. Przyjęto, Ŝe koszt całej inwestycji wyniósł 640 tys. zł. W celu przeanalizowania wpływu średniej prędkości wiatru na opłacalność inwestycji przyjmujemy trzy warianty lokalnych zasobów energii wiatru: 4, 5, 6 m/s, jako prędkości średnioroczne. Pozwala to określić, Ŝe elektrownia rocznie wyprodukuje przy średniej prędkości wiatru: 4m/s - 98 MWh, przy 5m/sek 175 MWh a przy 6 m/sek. 238 MWh. Analizę wpływu zmian jednostkowych cen energii na opłacalność inwestycji zaprezentowano dla pięciu wariantów wzrost cen o: 5%, 10%, 15%, 20% i 25% w skali jednego roku. ZałoŜono, Ŝe cena początkowa energii wynosi 340 zł za MWh. Do oceny efektywności ekonomicznej inwestycji wykorzystano jeden z najbardziej rozpowszechnionych wskaźników ekonomicznych: NCF (Net Cash Flow) przepływ pieniądza netto. Natomiast do określenia czasu, po którym wydatki inwestycyjne zostaną zrównowaŝone przez wpływy z dokonanej inwestycji (z uwzględnieniem stopy dyskontowej), wykorzystano DPBT (Discount by Pay Back Time). Wyniki obliczeń przedstawiono w postaci wykresów, na których parametrami rodzin krzywych jest wzrost cen za kwh o taką samą wartość procentową w skali roku.
Rys.1. Wpływ zmian cen energii na kształtowanie się wskaźnika NCF w poszczególnych latach eksploatacji obiektu, przy średniej prędkości wiatru 4 m/s Rys.2. Wpływ zmian cen energii na kształtowanie się wskaźnika NCF w poszczególnych latach eksploatacji obiektu, przy średniej prędkości wiatru 5 m/s
Rys. 3. Wpływ zmian cen energii na kształtowanie się wskaźnika NCF w poszczególnych latach eksploatacji obiektu, przy średniej prędkości wiatru 6 m/s Z rys. 1-3 wynika, Ŝe zmiana cen energii ma istotny wpływ na kształtowanie się wartości NCF i DPBT Zagospodarowanie terenu a prędkości wiatru Prędkość wiatru zaleŝy od wysokości n.p.g. oraz od szorstkości terenu. O szorstkości decydują rzeźba powierzchni i przeszkody terenowe, takie jak drzewa czy zabudowania. NiŜsza klasa szorstkości terenu odpowiada mniejszej ilości oraz wysokości przeszkód terenowych na danym obszarze, tym samym większym zasobom wiatru w strefie przyziemnej i lepszym warunkom do budowy elektrowni. Badaniom zostały poddane trzy obszary o róŝnym zagospodarowaniu: teren płaski, otwarty lub nieznacznie pofalowany, gdzie mogą występować pojedyncze zabudowania lub drzewa, dla którego współczynnik szorstkości wynosi α = 0, 14. Teren z niską zabudową, teren przemysłowy z luźną zabudową lub teren zalesiony, dla którego α = 0, 19. Ponadto obszar z licznymi przeszkodami, połoŝonymi blisko siebie, las, duŝe miasto, dla którego α = 0, 24. Wyniki badań wpływu szorstkości terenu na profil prędkości wiatru wskazują, Ŝe ze wzrostem wysokości ponad poziom gruntu rośnie prędkość wiatru dla róŝnych wartości współczynnika szorstkości.. Szorstkość terenu ma istotny wpływ na zmianę prędkości wiatru, dlatego wskazane jest, by elektrownie wiatrowe lokalizować odpowiednio daleko od obiektów terenowych, a jeŝeli nie jest to moŝliwe, budować je na wysokich masztach.
Przyjęte załoŝenia Prawidłowe oszacowanie zasobów energetycznych wiatru ma decydujące znaczenie dla procesu lokalizacji elektrowni wiatrowej oraz analizy opłacalności inwestycji tego typu. Określenie rocznej produkcji energii dla danej lokalizacji wymaga znajomości rozkładów prędkości, kierunków oraz długoterminowych średnich prędkości wiatru. Stosunkowo niewielkie zmiany średniej prędkości wiatru powodują znaczne róŝnice w produkcji energii. Ilość wyprodukowanej energii została przeliczona dla EW o mocy 160 kwh przy średniej prędkości wiatru 4, 5, 6 m/s na wysokości osi wirnika, tj. 25 m ponad poziom gruntu. Przyjęto sprawność produkcji energii wynoszącą 50% (stosunek energii wyprodukowanej do energii wiatru). ZałoŜono, Ŝe najmniejsza wartość prędkości wiatru, przy której włącza się EW do pracy 4 m/s, maksymalna prędkość wiatru, przy której się wyłącza to 25 m/s, natomiast obliczeniowa prędkość wiatru, przy której elektrownia uzyskuje moc znamionową to 14 m/s. Wyniki przedstawiono w formie wykresu (rys. 4, który pokazuje, jaki wpływ na ilość wyprodukowanej energii ma wysokość usytuowania wirnika. Rys 4. Roczna produkcja energii dla EW o mocy 160 kw Na rys. 4 widać, Ŝe wraz ze wzrostem wysokości rośnie prędkość wiatru, a co za tym idzie znacznie zwiększa się roczna produkcja energii elektrycznej. Przyjmijmy, Ŝe przedłuŝenie usytuowania gondoli nad poziom gruntu nie wpływa znacząco na koszt inwestycji.obliczenia pokazały, Ŝe zmiana usytuowania gondoli powoduje zwiększenie rocznej produkcji energii, a to z kolei rzutuje na kształtowanie się wartości NCF.
Wyniki badań Na podstawie analizy wyników obliczeń moŝna sformułować trzy następujące wnioski: Szorstkość terenu i wysokość usytuowania gondoli mają istotny wpływ na ilość wyprodukowanej energii, a co za tym idzie, rzutują na czas zwrotu inwestycji. Zmiany cen energii elektrycznej wpływają w istotny sposób na wskaźniki czasu zwrotu inwestycji, np. dla średniej prędkości wiatru wynoszącej 4 m/s i przy wzroście cen o 5% w skali roku inwestycja zwraca się po prawie 15 latach, a przy wzroście cen o 25% po prawie 9 latach. Wysokość lokalizacji osi obrotu n.p.g. ma istotny wpływ na czas zwrotu inwestycji. Stopień wpływu jest uzaleŝniony od średniorocznej prędkości wiatru, np. zmiana wysokości o 20 m przy średniej prędkości 4 m/s spowoduje zmianę czasu zwrotu o prawie 2 lata. Źródła 1.Elektrownie EW 160. Parametry techniczne i charakterystyki. Wyd. NOWOMAG. Nowy Sącz. 2. Kopcewicz T. Fizyka atmosfery. 3. Lorenc H. Zasoby wiatru w Polsce. Materiały badawcze IMGW. Ser. Meteorologia 18. Warszawa 1992. 4. Ogólnopolskie Forum Odnawialnych Źródeł Energii. Materiały konferencyjne 1998-2006 5. Soliński T. Energetyczne i ekonomiczne aspekty wykorzystania energii wiatrowej. Wyd. IGSMiE PAN. Kraków 1999. Katarzyna Stanisz, WyŜsza Szkoła Zawodowa w Krośnie