ΤΟ ΑΛΗΘΙΝΟ ΚΟΣΤΟΣ ΤΗΣ
ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
Περίληψη
Η Αιολική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας απαιτεί ικανότητα back-up η ( ικανότητα εφεδρείας ) που παρέχεται απο τους συμβατικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Αυτή η ικανότητα είναι απαραίτητη για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στους καταναλωτές όταν η παροχή αέρα πέφτει απότομα. Πρέπει να έχουν οι συμβατικοί σταθμοί δυνατότητα αντιστάθμισης των στοχαστικών διακυμάνσεων του άνέμου , ( πάνω και κάτω ), που προκαλούν πρόσθετη απώλεια απόδοσης των εν λόγω σταθμών. Πόσο αποδοτικότητα χάνεται με αυτόν τον τρόπο και πόσα επιπλέον καύσιμα απαιτούνται για αυτήν την επιπλέον εξισορρόπηση της προσφοράς και της ζήτησης είναι άγνωστο.
Σε αυτό το άρθρο θα προσπαθήσουμε να κάνουμε μια εκπαιδευμένη θεώρηση .
Τα επιπλέον καύσιμα που απαιτούνται για να καλύψουν , την απώλεια της αποτελεσματικότητας πρέπει να προστεθούν στα καύσιμα που απαιτούνται για την κατασκευή και την εγκατάσταση των ανεμογεννητριών και τις προσθήκες καλωδίων στο δίκτυο τροφοδοσίας.
Αν και αυτές οι επιπλέον απαιτήσεις μπορεί να είναι πολύ μικρές για να τις παρατηρήσετε όταν στην εγκατεστημένη ισχύ αιολικής ενέργειας είναι ένα μικρό κλάσμα της συνολικής χωρητικότητας, το θέμα αλλάζει όταν το εγκατεστημένο αιολικό δυναμικό γίνεται μεγάλο και σημαντικό.
Στην Γερμανική πραγματικότητα( 2009) με 23 GW εγκατεστημένης ισχύος αιολικής ενέργειας, δείχνουμε αμφίβολα αποτελέσματα της αιολικής ενέργειας σε οποιαδήποτε εξοικονόμηση καυσίμου και μείωση των εκπομπών CO2.
Τελικά , αυτό που μένει είναι οι επιπλέον επενδύσεις σε αιολική ενέργεια.
Εισαγωγή
Η αιολική ενέργεια έρχεται για δωρεάν, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με τη χρήση αιολικής ενέργειας είναι επίσης δωρεάν. Οι ανεμογεννήτριες κοστίζουν χρήματα και ενέργεια για να κατασκευαστούν.
Η ενέργεια που απαιτείται γι 'αυτό συνήθως προέρχονται από ορυκτά καύσιμα.
Το πιο σημαντικό όμως είναι , οτι κάποιος πρέπει να διατηρήσει μια συμβατική εφεδρική γεννήτρια με ικανότητα περίπου ίση με την εγκατεστημένη ισχύ αιολικής ενέργειας.
Ο άνεμος μπορεί να είναι δωρεάν, αλλά δεν προσφέρεται στις επιθυμητές δόσεις. Ο άνεμος έχει διακυμάνσεις . Οι διακυμάνσεις αυτές δεν ταιριάζουν με την ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας.
Επειδή δεν υπάρχει ακόμη οικονομικά βιώσιμη μέθοδος για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας, οι διακυμάνσεις των επιπέδων παραγωγής αιολικής ηλεκτρικής ενέργειας , που δεν ταιριάζουν με τα επίπεδα της ζήτησης, πρέπει να πληρούνται από την προσαρμογή της παραγωγής των συμβατικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Σε πρόσφατη thesis βλ.συν 1 ο Ummels , καταλήγει στο συμπέρασμα, με βάση τις μελέτες μοντέλων υπολογιστών ότι οι εν λόγω ρυθμίσεις μπορούν να γίνουν , χωρίς προβλήματα, ακόμη και όταν ο άνεμος θα παράγει ηλεκτρική ενέργεια που ισοδυναμεί με το 33% της Ολλανδικής ζήτησης.
Άλλοι είναι λιγότερο θετικοί.
Παραθέτουμε από τοβλ.συν μελέτη 2; regelbaarheid van De elektriciteitscentrales; (Η δυνατότητα ρύθμισης των ηλεκτρικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας), η οποία δημοσιεύθηκε στα ολλανδικά τον Απρίλιο του 2009:
Αύξηση του ρυθμού αντίδρασης του συγκροτήματος συμβατικού σταθμού μπορεί να επιτευχθεί μόνο με τη χρήση αναποτελεσματικών ανοικτού κύκλου αεριοστροβίλων ή από cannibalizing σχετικά με την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής των μεγάλων και αποτελεσματικών σταθμών. Αυτό σημαίνει ότι η ευελιξία μεταφράζεται σε αναποτελεσματικότητα και μεγαλύτερη κατανάλωση καυσίμου και τις εκπομπές CO2 από ό, τι μπορεί να αναμένει κανείς με βάση την μέση απόδοση. (σημείωση μας: δηλαδή χωρίς τις πρόσθετες απαιτήσεις της ρύθμισης για τις διακυμάνσεις του ανέμου).
Ένα άλλο απόσπασμα:
; Ο έλεγχος των επιπέδων κόστους χρήματος : κάθε αλλαγή λειτουργίας εξόδου ενός σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας δημιουργεί επιπλέον φθορά. Αυτή η μείωση της ωφέλιμης ζωής είναι μεγαλύτερη, καθώς μεγαλώνει ο ρυθμός μεταβολής των αυξήσεων εξόδου.
Επιπλέον, οι διακυμάνσεις της παραγωγής εξόδου , γίνονται η αιτία μείωσης της ενεργειακής απόδοσης το οποίο μεταφράζεται σε επιπλέον κόστος και αύξηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.; (μετάφραση: η δική μας).
Ενώ η έκθεση αυτή προσδιορίζει το πρόβλημα της μειωμένης απόδοσης, δεν μας δείχνει το μέγεθος της μείωσης της αποδοτικότητας, ούτε το ύψος της απαιτούμενης επιπλέον χρήσης ορυκτών καυσίμων.
Και οι δύο μελέτες παρέχουν μόνο υποθέσεις σχετικά με την επίδραση της αυξημένης ισχύος ανεμογεννήτριας, αλλά δεν μας δίνουν δεδομένα αρχεία.
Η εγκατεστημένη ισχύς αιολικής ενέργειας στην Ολλανδία εξακολουθεί να απέχει πολύ από την GW 6 (γιγαβάτ), στόχος που τέθηκε από την ολλανδική κυβέρνηση.
Τα προβλήματα ελέγχου κατά πάσα πιθανότητα θα γίνει εμφανή μόνο όταν η εγκατεστημένη ισχύς των ανεμογεννητριών θα αποτελέσουν ένα σημαντικό μέρος της συνολικής ικανότητας παραγωγής.
Ως εκ τούτου έχουμε κάνει τις εκτιμήσεις μας για το μέγεθος αυτής της επίδρασης, με βάση στοιχεία της Γερμανίας, όπου πλέον περίπου 23 GW είναι εγκατεστημένα, και όπου εκτεταμένες σχετικές βάσεις δεδομένων έχουν δημοσιευθεί.
Γερμανία
Με την υποστήριξη της κυβερνητικής πολιτικής , για υποστήριξη της ανανεωσιμης ενέργειας, η χώρα έχει επιλέξει μεγάλης κλίμακας εφαρμογή της αιολικής ενέργειας.
Τα επιτεύγματα στο θέμα αυτό αναφέρθηκε τακτικά βλ. συν 3.
Οι ανεμογεννήτριες απλώνονται πάνω από όλη τη Γερμανία, από τη Βαυαρία στο Νότο μέχρι τα υπεράκτια αιολικά στον Γερμανικό κόλπο του Βορρά.
Από την αρχή αυτού του αιώνα, η ποσότητα της εγκατεστημένης ισχύος έχει σχεδόν τετραπλασιάστηκε, από τις 6 GW το 2000 με 23 GW το 2008. Ττελευταία ανέρχεται στο ισόποσο των περίπου 20 συμβατικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής. Οι Γερμανοί έχουν δημοσιεύσει τόσο την εγκατεστημένη ισχύ, οσο και την πραγματική ετήσια απόδοση ηλεκτρικής ενέργειας, όπως φαίνεται στον πίνακα 1.
Όλα τα δεδομένα προέρχονται από την έκθεση 2008 Αιολική ενέργεια βλ. συν3;
| Year | Power
[ MW ] |
Yield
[ TWh ] |
Wind turbine duty factor4 |
|---|---|---|---|
| 2000 | 6050 | 8,8 | 17% |
| 2001 | 8680 | 10,9 | 14% |
| 2002 | 11850 | 17 | 16% |
| 2003 | 14500 | 19,2 | 15% |
| 2004 | 16480 | 26,8 | 19% |
| 2005 | 18290 | 27,1 | 17% |
| 2006 | 20470 | 31,2 | 17% |
| 2007 | 22090 | 40 | 21% |
Πίνακας 1. Η εγκατεστημένη ισχύς αιολικής ενέργειας στη Γερμανία και η πραγματική ετήσια
παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε TWh (terawatthour) και η αιολική ενέργεια που προέρχεται
τουρμπίνα ισχυος factor4 (= λόγος αποτελεσματική δύναμη / εγκατεστημένη ισχύ).
Κατά τη διάρκεια των ετών, η πραγματική απόδοση των ανεμογεννητριών ήταν κατά μέσο όρο 17% ή 17,5% (σταθμισμένος μέσος όρος).
Κατά την εξέταση αυτών των στοιχείων πρέπει να έχετε κατά νου ότι ο νόμος για την αιολική ενέργεια της δίνει απόλυτη προτεραιότητα έναντι όλης της συμβατικά παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας.
Όταν η παραγωγή αιολικής ηλεκτρικής ενέργειας είναι διαθέσιμη, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί.
Η έξοδος ( από το δίκτυο ) των άλλων συμβατικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας πρέπει να μειωθεί ισόποσα .
Τα δεδομένα στον πίνακα 1 καλύπτουν τουρμπίνες ανέμου σε όλη τη χώρα, έτσι ώστε η επίδραση της μεταβλητότητας του ανέμου όλη τη χώρα, να λαμβάνεται υπόψη.
Πρώτον, παρατηρούμε ότι η συνεισφορά αυτής της μεγάλης αναγραφόμενης ονομαστικής ισχύος , είναι μάλλον μέτρια.
Δεύτερον, η επίδραση της διασποράς των στροβίλων πάνω από μια μεγάλη γεωγραφική περιοχή δεν λύνει το πρόβλημα.
Αυτό βέβαια , δεν αφορά μόνο τη Γερμανία, όπως έχει παρατηρηθεί σε έκθεση της βρετανικής Βουλής των Lords βλ.συν5.
Αφορά κάθε αιολική μονάδα για ηλεκτρική ενέργεια, και αυτό σημαίνει μια εξοικονόμηση για τη χρήση ορυκτών καυσίμων και τη μείωση των εκπομπών CO2, θα υποθέσει κάποιος.
Τέλος πάντων, αυτός ήταν και είναι ο αρχικός λόγος για να επενδύσει σε ανεμογεννήτριες.
Άνεμος και ηλεκτρική ενέργεια
Στην εισαγωγή αναφέραμε το ζήτημα της μεταβλητότητας της παροχής αέρα και την έλλειψη μιας αποδεκτής μεθόδου για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας για να ρυθμίζει και να αντιμετωπίζει αυτές τις διαφοροποιήσεις.
Η μεταβλητότητα είναι ένα τεράστιο πρόβλημα όπως αποδεικνύεται εις το σχήμα.
.
Κατά την εξέταση αυτών των στοιχείων πρέπει να έχετε κατά νου ότι ο νόμος για την αιολική ενέργεια της δίνει απόλυτη προτεραιότητα έναντι όλης της συμβατικά παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας.
Όταν η παραγωγή αιολικής ηλεκτρικής ενέργειας είναι διαθέσιμη, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί.
Η έξοδος ( από το δίκτυο ) των άλλων συμβατικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας πρέπει να μειωθεί ισόποσα .
Τα δεδομένα στον πίνακα 1 καλύπτουν τουρμπίνες ανέμου σε όλη τη χώρα, έτσι ώστε η επίδραση της μεταβλητότητας του ανέμου όλη τη χώρα, να λαμβάνεται υπόψη.
Πρώτον, παρατηρούμε ότι η συνεισφορά αυτής της μεγάλης αναγραφόμενης ονομαστικής ισχύος , είναι μάλλον μέτρια.
Δεύτερον, η επίδραση της διασποράς των στροβίλων πάνω από μια μεγάλη γεωγραφική περιοχή δεν λύνει το πρόβλημα.
Αυτό βέβαια , δεν αφορά μόνο τη Γερμανία, όπως έχει παρατηρηθεί σε έκθεση της βρετανικής Βουλής των Lords βλ.συν5.
Αφορά κάθε αιολική μονάδα για ηλεκτρική ενέργεια, και αυτό σημαίνει μια εξοικονόμηση για τη χρήση ορυκτών καυσίμων και τη μείωση των εκπομπών CO2, θα υποθέσει κάποιος.
Τέλος πάντων, αυτός ήταν και είναι ο αρχικός λόγος για να επενδύσει σε ανεμογεννήτριες.
Άνεμος και ηλεκτρική ενέργεια
Στην εισαγωγή αναφέραμε το ζήτημα της μεταβλητότητας της παροχής αέρα και την έλλειψη μιας αποδεκτής μεθόδου για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας για να ρυθμίζει και να αντιμετωπίζει αυτές τις διαφοροποιήσεις.
Η μεταβλητότητα είναι ένα τεράστιο πρόβλημα όπως αποδεικνύεται εις το σχήμα.
.
Σχήμα.
(E.ON Wind Έκθεση 2005) Κλάσμα εντασης άνεμου στο σύνολο
ισχυος . Η ενταση ανεμου κυμαίνεται από 0,2% έως 38% της συνολικής ενέργειας που παρέχεται στο δίκτυο.
(E.ON Wind Έκθεση 2005) Κλάσμα εντασης άνεμου στο σύνολο
ισχυος . Η ενταση ανεμου κυμαίνεται από 0,2% έως 38% της συνολικής ενέργειας που παρέχεται στο δίκτυο.
Η E.ON είναι η μεγαλύτερη πάροχος αιολικής ηλεκτρικής ενέργειας στην Γερμανία.
Η Ε.ΟΝ δείχνει στην εικόνα τη σημαντική πρόκληση για τους μηχανικούς ,οι οποίοι είχαν να αντιμετωπίσουν πάνω στο χρονικό διάστημα ενός έτους, ως κλάσμα; άνεμος / ηλεκτρική ενέργεια που παραδιδόταν και κυμαινόταν από 0,2% του συνόλου μέχρι και 38%.
Για το έτος που αναφέρεται στο σχέδιο, η E.ON είχε να διαχειριστεί τόση δυναμικότητα αιολικής ενέργειας οση ήταν οι στόχοι των Ολλανδικής κυβέρνησης για το μέλλον.
Η έντονη διακύμανση στην απόδοση με την πάροδο του χρόνου είναι εν μέρει το αποτέλεσμα των δυσμενών φυσικών δεδομένων της αιολικής ενέργειας .
Η ενεργειακή απόδοση ποικίλλει ανάλογα με την δύναμη της ταχύτητας του ανέμου στον κυβο ( χ3 ) .
Στην πράξη: όταν ο άνεμος φυσάει στη μισή ταχύτητα σχεδιασμού του στροβίλου αιολικής ενέργειας, η απόδοση της ηλεκτρικής ενέργειας είναι μόνο το ένα όγδοο (1/8) της εξόδου του σχεδιασμού, δηλαδή περίπου το 12% της χωρητικότητας σχεδιασμού.
Επιπλέον, υπάρχουν μέρες που δεν υπάρχει άνεμος σε σχεδόν ολόκληρη τη γεωγραφική περιοχή.
Σε αμφότερες τις περιπτώσεις, μια πολύ σημαντική ποσότητα ενέργειας πρέπει να προέρχεται από τις συμβατικές πηγές.
Η επίδραση της προτεραιότητας που δίδεται στην παραγόμενη ανανεώσιμη αιολική ηλεκτρική ενέργεια στη Γερμανία, έχει τις ακόλουθες προφανείς συνέπειες:
Όταν οι ανεμογεννήτριες λειτουργούν σύμφωνα με την ικανότητα σχεδιασμού τους, (υποτίθεται ) οτι παράγουν μέχρι και 23 GW ( σύνολο εγκατεστημένης αιολικής ονομαστικής ισχύος) .
Όταν όμως φυσάει λίγος ή καθόλου άνεμος, τα 23 GW ανανεωσιμης αιολικής ηλεκτρικής ενέργειας θα πρέπει πλήρως η σε μεγάλο βαθμό να παρέχονται από συμβατικές πηγές.
Για την Γερμανική πράξη, αυτό σημαίνει ότι σήμερα και μέχρι 23 GW θα πρέπει να είναι διαθέσιμα σε κατάσταση stand-by.
Ο Καθ. Alt από το Technische Hochschule Fach Aachen βλ.συν 6, 7 κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αυτή είναι πράγματι η πρακτική, ακόμη και όταν η Γερμανική εκθεση Αιολικής Ενέργειας, έκθεση3 , αναφέρει ότι αυτή η κατάσταση αναμονής ισχύος ( stand-by ) είναι μόνο 90%.
Είναι λοιπόν προφανές ότι υπάρχει μια επιπλέον οικονομική επιβάρυνση του κεφαλαίου που εχει επενδυθεί για ...
- Η διατήρηση αυτής της εφεδρικής ισχύος, και
- Κάνοντας τις πρόσθετες επενδύσεις στο δίκτυο υψηλής τάσης και
- Για να αντιμετωπιστούν οι διακυμάνσεις του ανέμου.
Ωστόσο, δεν θα συζητήσουμε αυτές τις οικονομικές πτυχές εδώ.
Υπολογίζοντας την αρνητική επίδραση του ανέμου που προκαλεί την ανεπάρκεια των συμβατικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Θέλουμε να επικεντρωθούμε στην επίδραση που προκαλείται επιπλέον απο την μεταβλητότητα του αέρα , όσον αφορά την αποτελεσματικότητα και ως εκ τούτου τη χρήση ενέργειας από συμβατικές μονάδες ηλεκτροπαραγωγής.
Μέχρι στιγμής, δεν έχουμε καταφέρει να βρούμε στοιχεία σχετικά με αυτή την πρόσθετη χρήση καυσίμων.
Ίσως τα εν λόγω δεδομένα που συγκεντρώθηκαν, δεν έχουν δημοσιευθεί.
Οι συμβατικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας, εν τω μεταξύ, κάνουν αυτό που τους εχει ζητηθεί και παρέχουν την ασφάλεια του εφοδιασμού όταν ο άνεμος δεν μπορεί να την προσφέρει.
Λόγω της έλλειψης στοιχείων για το σκοπό αυτό, κάνουμε κάποιες παραδοχές- εκτιμήσεις σχετικά με την επίδραση της μεταβλητότητας της αιολικής ενέργειας στην αποδοτικότητα των εφεδρικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (back-up ) και στα καύσιμα .
Ελπίζουμε να συνδεθούν με τους εμπειρογνώμονες που έχουν τα πραγματικά δεδομένα ή που μπορεί να βελτιώσουν σημαντικά τις εκτιμήσεις μας.
Πρέπει να κάνουμε τις εξής παραδοχές - εκτιμήσεις μας:
1. Η εγκατεστημένη ισχύς αιολικής ενέργειας λειτουργεί αρκετές φορές το χρόνο, όπως ακριβώς σχεδιάστηκε . Επομένως, οι εφεδρικές μονάδες back-up πρέπει να παρέχουν αυτή την ικανότητα, όταν δεν υπάρχει άνεμος.
Η υπόθεση αυτή υποστηρίζεται από την παρατήρηση του καθηγητή Alt, που μετά την εγκατάσταση των ανεμογεννητριών στη Γερμανία (και τη Δανία) ούτε ένας συμβατικός σταθμός παραγωγής ενέργειας δεν έχει τεθεί εκτός λειτουργίας.
Όπως αναφέρθηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο, ο ίδιος πιστεύει, επίσης, ότι η πλήρης 100% εφεδρική ισχύς εείναι απαραίτητη.
2. Μόνο ένα κλάσμα των back-up σταθμών είναι ανοικτού κύκλου αεροστρόβιλοι . Με προσεκτικό σχεδιασμό, μέρος των στοχαστικών διακυμάνσεων παροχής αέρα μπορεί να εξισορροπηθεί από μεγάλης κλίμακας αποτελεσματικές συμβατικές μονάδες.
Μόνο οι πιο ξαφνικές και απρόσμενες ανισορροπίες που λαμβάνονται θα ενεργοποιούν τους αεροστρόβιλους ή θα τους απενεργοποιουν.
(Υπενθυμίζουμε ότι η επιπλέον προσπάθεια εξισορρόπησης ακόμα και όταν προγραμματίζεται, σημαίνει πάντα επιπλέον φθορά και κατανάλωση καυσίμων για τους μεγάλους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας).
3. Η ηλεκτρική αποδοτικότητα ενός σύγχρονου συμβατικού σταθμού ισχύος ρυθμίζεται σε 55%, και σε εναν ανοικτού κύκλου στρόβιλο , στο 30%.
4. Γνωρίζουμε ότι 1 kWh ηλεκτρικής ενέργειας απαιτεί 270 γραμμάρια σκληρού κάρβουνου (coal βλ.συν 3), έτσι με 1 kWh αιολικής ενέργειας εξοικονομείται 270 gr σκληρού κάρβουνου,
αν εξαιρέσουμε την αναποτελεσματικότητα λόγω εφεδρείας ( back-up ).
Θεωρούμε τώρα π.χ., την παραγωγή των 100 kWh ηλεκτρικής ενέργειας για την οποία οι ανεμογεννήτριες έχουν κατασκευαστεί.
Μετά από ένα χρόνο αποδεικνύεται ότι κατά μέσο όρο 17,5 kWh έχουν παρασχεθεί από τον άνεμο, και το υπόλοιπο 82,5 kWh από συμβατικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, που ουσιαστικά χρησίμευσαν ως back-up.
Αν υποθέσουμε ότι οι συμβατικές μονάδες λειτούργησαν υπό τις καλύτερες δυνατές συνθήκες, απαιτήθηκαν 82,5 x 270 = 22 275 gr άνθρακα,
και 17,5 x 270 = 4 725 gr του άνθρακα υποκαταστάθηκαν απο την αιολική παραγωγή για τα 100kWh.
Ωστόσο, η αιολική παραγωγή που δημιουργήθηκε έχει προτεραιότητα και ανάγκασε τους συμβατικούς σταθμούς να λειτουργήσουν πάνω και κάτω.
Στην ακραία περίπτωση της χρήσης ταχείας αντίδρασης με ανοικτού κύκλου gas-turbines μόνο για να επιτευχθεί αυτό, η απόδοση πέφτει από 55% σε 30%.
Ο Πίνακας 2
δείχνει τον τρόπο που η μείωση της αποδοτικότητας επηρεάζει την εξοικονόμηση των συμβατικών καυσίμων.
Σε συνολικό ποσοστό απόδοσης για το σύστημα back-up απο 45% και κάτω, η εξοικονόμηση καυσίμων γίνεται ήδη αρνητική και υπάρχει επιπλέον ζήτηση ορυκτών καυσίμων.
Η αιολική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στην περίπτωση αυτή παράγει επιπλέον CO2, και αυτο αποτελεί έναν αληθινό μετρητή του αποτέλεσματος.
Εάν αυτό το επίπεδο της αναποτελεσματικότητας είναι αληθινό, στο αποτέλεσμα της χρήσης της αιολικής ενέργειας, ένα κυνικός άνθρωπος, θα μπορούσε να παρατηρήσει ότι ο Πούτιν και ο ΟΠΕΚ μπορεί να θέλουν να προωθήσουν την αιολική ενέργεια σε χώρες όπως πχ η Γερμανία, προκειμένου να αυξήσουν την εξάρτησή της από τα ορυκτά καύσιμα.
Παρακαλείστε να σημειώσετε ότι η μειωμένη απόδοση ισχύει μόνο για τους back-up σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι άλλοι συμβατικοί σταθμοί λειτουργούν με την κανονική αποτελεσματικότητα τους.
Η Ε.ΟΝ δείχνει στην εικόνα τη σημαντική πρόκληση για τους μηχανικούς ,οι οποίοι είχαν να αντιμετωπίσουν πάνω στο χρονικό διάστημα ενός έτους, ως κλάσμα; άνεμος / ηλεκτρική ενέργεια που παραδιδόταν και κυμαινόταν από 0,2% του συνόλου μέχρι και 38%.
Για το έτος που αναφέρεται στο σχέδιο, η E.ON είχε να διαχειριστεί τόση δυναμικότητα αιολικής ενέργειας οση ήταν οι στόχοι των Ολλανδικής κυβέρνησης για το μέλλον.
Η έντονη διακύμανση στην απόδοση με την πάροδο του χρόνου είναι εν μέρει το αποτέλεσμα των δυσμενών φυσικών δεδομένων της αιολικής ενέργειας .
Η ενεργειακή απόδοση ποικίλλει ανάλογα με την δύναμη της ταχύτητας του ανέμου στον κυβο ( χ3 ) .
Στην πράξη: όταν ο άνεμος φυσάει στη μισή ταχύτητα σχεδιασμού του στροβίλου αιολικής ενέργειας, η απόδοση της ηλεκτρικής ενέργειας είναι μόνο το ένα όγδοο (1/8) της εξόδου του σχεδιασμού, δηλαδή περίπου το 12% της χωρητικότητας σχεδιασμού.
Επιπλέον, υπάρχουν μέρες που δεν υπάρχει άνεμος σε σχεδόν ολόκληρη τη γεωγραφική περιοχή.
Σε αμφότερες τις περιπτώσεις, μια πολύ σημαντική ποσότητα ενέργειας πρέπει να προέρχεται από τις συμβατικές πηγές.
Η επίδραση της προτεραιότητας που δίδεται στην παραγόμενη ανανεώσιμη αιολική ηλεκτρική ενέργεια στη Γερμανία, έχει τις ακόλουθες προφανείς συνέπειες:
Όταν οι ανεμογεννήτριες λειτουργούν σύμφωνα με την ικανότητα σχεδιασμού τους, (υποτίθεται ) οτι παράγουν μέχρι και 23 GW ( σύνολο εγκατεστημένης αιολικής ονομαστικής ισχύος) .
Όταν όμως φυσάει λίγος ή καθόλου άνεμος, τα 23 GW ανανεωσιμης αιολικής ηλεκτρικής ενέργειας θα πρέπει πλήρως η σε μεγάλο βαθμό να παρέχονται από συμβατικές πηγές.
Για την Γερμανική πράξη, αυτό σημαίνει ότι σήμερα και μέχρι 23 GW θα πρέπει να είναι διαθέσιμα σε κατάσταση stand-by.
Ο Καθ. Alt από το Technische Hochschule Fach Aachen βλ.συν 6, 7 κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αυτή είναι πράγματι η πρακτική, ακόμη και όταν η Γερμανική εκθεση Αιολικής Ενέργειας, έκθεση3 , αναφέρει ότι αυτή η κατάσταση αναμονής ισχύος ( stand-by ) είναι μόνο 90%.
Είναι λοιπόν προφανές ότι υπάρχει μια επιπλέον οικονομική επιβάρυνση του κεφαλαίου που εχει επενδυθεί για ...
- Η διατήρηση αυτής της εφεδρικής ισχύος, και
- Κάνοντας τις πρόσθετες επενδύσεις στο δίκτυο υψηλής τάσης και
- Για να αντιμετωπιστούν οι διακυμάνσεις του ανέμου.
Ωστόσο, δεν θα συζητήσουμε αυτές τις οικονομικές πτυχές εδώ.
Υπολογίζοντας την αρνητική επίδραση του ανέμου που προκαλεί την ανεπάρκεια των συμβατικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Θέλουμε να επικεντρωθούμε στην επίδραση που προκαλείται επιπλέον απο την μεταβλητότητα του αέρα , όσον αφορά την αποτελεσματικότητα και ως εκ τούτου τη χρήση ενέργειας από συμβατικές μονάδες ηλεκτροπαραγωγής.
Μέχρι στιγμής, δεν έχουμε καταφέρει να βρούμε στοιχεία σχετικά με αυτή την πρόσθετη χρήση καυσίμων.
Ίσως τα εν λόγω δεδομένα που συγκεντρώθηκαν, δεν έχουν δημοσιευθεί.
Οι συμβατικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας, εν τω μεταξύ, κάνουν αυτό που τους εχει ζητηθεί και παρέχουν την ασφάλεια του εφοδιασμού όταν ο άνεμος δεν μπορεί να την προσφέρει.
Λόγω της έλλειψης στοιχείων για το σκοπό αυτό, κάνουμε κάποιες παραδοχές- εκτιμήσεις σχετικά με την επίδραση της μεταβλητότητας της αιολικής ενέργειας στην αποδοτικότητα των εφεδρικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (back-up ) και στα καύσιμα .
Ελπίζουμε να συνδεθούν με τους εμπειρογνώμονες που έχουν τα πραγματικά δεδομένα ή που μπορεί να βελτιώσουν σημαντικά τις εκτιμήσεις μας.
Πρέπει να κάνουμε τις εξής παραδοχές - εκτιμήσεις μας:
1. Η εγκατεστημένη ισχύς αιολικής ενέργειας λειτουργεί αρκετές φορές το χρόνο, όπως ακριβώς σχεδιάστηκε . Επομένως, οι εφεδρικές μονάδες back-up πρέπει να παρέχουν αυτή την ικανότητα, όταν δεν υπάρχει άνεμος.
Η υπόθεση αυτή υποστηρίζεται από την παρατήρηση του καθηγητή Alt, που μετά την εγκατάσταση των ανεμογεννητριών στη Γερμανία (και τη Δανία) ούτε ένας συμβατικός σταθμός παραγωγής ενέργειας δεν έχει τεθεί εκτός λειτουργίας.
Όπως αναφέρθηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο, ο ίδιος πιστεύει, επίσης, ότι η πλήρης 100% εφεδρική ισχύς εείναι απαραίτητη.
2. Μόνο ένα κλάσμα των back-up σταθμών είναι ανοικτού κύκλου αεροστρόβιλοι . Με προσεκτικό σχεδιασμό, μέρος των στοχαστικών διακυμάνσεων παροχής αέρα μπορεί να εξισορροπηθεί από μεγάλης κλίμακας αποτελεσματικές συμβατικές μονάδες.
Μόνο οι πιο ξαφνικές και απρόσμενες ανισορροπίες που λαμβάνονται θα ενεργοποιούν τους αεροστρόβιλους ή θα τους απενεργοποιουν.
(Υπενθυμίζουμε ότι η επιπλέον προσπάθεια εξισορρόπησης ακόμα και όταν προγραμματίζεται, σημαίνει πάντα επιπλέον φθορά και κατανάλωση καυσίμων για τους μεγάλους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας).
3. Η ηλεκτρική αποδοτικότητα ενός σύγχρονου συμβατικού σταθμού ισχύος ρυθμίζεται σε 55%, και σε εναν ανοικτού κύκλου στρόβιλο , στο 30%.
4. Γνωρίζουμε ότι 1 kWh ηλεκτρικής ενέργειας απαιτεί 270 γραμμάρια σκληρού κάρβουνου (coal βλ.συν 3), έτσι με 1 kWh αιολικής ενέργειας εξοικονομείται 270 gr σκληρού κάρβουνου,
αν εξαιρέσουμε την αναποτελεσματικότητα λόγω εφεδρείας ( back-up ).
Θεωρούμε τώρα π.χ., την παραγωγή των 100 kWh ηλεκτρικής ενέργειας για την οποία οι ανεμογεννήτριες έχουν κατασκευαστεί.
Μετά από ένα χρόνο αποδεικνύεται ότι κατά μέσο όρο 17,5 kWh έχουν παρασχεθεί από τον άνεμο, και το υπόλοιπο 82,5 kWh από συμβατικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, που ουσιαστικά χρησίμευσαν ως back-up.
Αν υποθέσουμε ότι οι συμβατικές μονάδες λειτούργησαν υπό τις καλύτερες δυνατές συνθήκες, απαιτήθηκαν 82,5 x 270 = 22 275 gr άνθρακα,
και 17,5 x 270 = 4 725 gr του άνθρακα υποκαταστάθηκαν απο την αιολική παραγωγή για τα 100kWh.
Ωστόσο, η αιολική παραγωγή που δημιουργήθηκε έχει προτεραιότητα και ανάγκασε τους συμβατικούς σταθμούς να λειτουργήσουν πάνω και κάτω.
Στην ακραία περίπτωση της χρήσης ταχείας αντίδρασης με ανοικτού κύκλου gas-turbines μόνο για να επιτευχθεί αυτό, η απόδοση πέφτει από 55% σε 30%.
Ο Πίνακας 2
δείχνει τον τρόπο που η μείωση της αποδοτικότητας επηρεάζει την εξοικονόμηση των συμβατικών καυσίμων.
Σε συνολικό ποσοστό απόδοσης για το σύστημα back-up απο 45% και κάτω, η εξοικονόμηση καυσίμων γίνεται ήδη αρνητική και υπάρχει επιπλέον ζήτηση ορυκτών καυσίμων.
Η αιολική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στην περίπτωση αυτή παράγει επιπλέον CO2, και αυτο αποτελεί έναν αληθινό μετρητή του αποτέλεσματος.
Εάν αυτό το επίπεδο της αναποτελεσματικότητας είναι αληθινό, στο αποτέλεσμα της χρήσης της αιολικής ενέργειας, ένα κυνικός άνθρωπος, θα μπορούσε να παρατηρήσει ότι ο Πούτιν και ο ΟΠΕΚ μπορεί να θέλουν να προωθήσουν την αιολική ενέργεια σε χώρες όπως πχ η Γερμανία, προκειμένου να αυξήσουν την εξάρτησή της από τα ορυκτά καύσιμα.
Παρακαλείστε να σημειώσετε ότι η μειωμένη απόδοση ισχύει μόνο για τους back-up σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι άλλοι συμβατικοί σταθμοί λειτουργούν με την κανονική αποτελεσματικότητα τους.
| Efficiency conv.station | Consumption [ g coal ] | Extra consumption | Ultimate saving [ g coal ] | Visible efficiency |
|---|---|---|---|---|
| 55% | 22275 | 0 | 4725 | 55% |
| 53% | 23116 | 841 | 3884 | 54% |
| 51% | 24022 | 1747 | 2978 | 53% |
| 49% | 25003 | 2728 | 1997 | 52% |
| 47% | 26066 | 3791 | 934 | 51% |
| 45% | 27225 | 4950 | -225 | 50% |
| 43% | 28491 | 6216 | -1491 | 49% |
| 41% | 29881 | 7606 | -2881 | 48% |
| 39% | 31413 | 9138 | -4413 | 48% |
| 37% | 33111 | 10836 | -6111 | 47% |
| 35% | 35004 | 12729 | -8004 | 46% |
| 33% | 37125 | 14850 | -10125 | 45% |
| 31% | 39520 | 17245 | -12520 | 44% |
| 29% | 42246 | 19971 | -15246 | 43% |
| 27% | 45375 | 23100 | -18375 | 42% |
| 25% | 49005 | 26730 | -22005 | 41% |
Πίνακας 2. Η εξοικονόμηση πρωτογενούς καυσίμου (στήλη 4) σε μειωμένες αποδόσεις
που οφείλονται στη διακύμανση ανέμου (στήλη 1) και η συνολική μείωση σε αποδοτικότητα όλων
των συμβατικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο σύνολό τους (στήλη 5). (100 kWh).
Στη Γερμανία περίπου το 9% της συνολικής ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται παρέχεται από τον άνεμο. Αν οι στρόβιλοι λειτουργούσαν ανάλογα με την ονομαστική ισχύ που σχεδιάστηκαν , θα απέδιδαν (100/17, 5) x 9% = 51,4% της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας.
Συνεπώς, μόνο 48,6% της ηλεκτρικής ενέργειας θα μπορούσε να παραχθεί με συμβατικό τρόπο υπό τις καλύτερες δυνατές συνθήκες, με την Μεγίστη απόδοση 55%.
Το υπόλοιπο της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας, όντας 100-9-48,6% = 42,4% θα πρέπει να παράγεται σε ένα μη-βέλτιστο τρόπο.
Ετσι, σε χαμηλότερες αποτελεσματικότητες, σύμφωνα με τη λίστα του πίνακα 2, η συνολική, ορατή αποτελεσματικότητα όλων των συμβατικών σταθμών μαζί είναι
{X 42,4 (μειωμένη αποτελεσματικότητα) + 48,6 x 55%} / 91
Αυτό το αποτέλεσμα φαίνεται στην τελευταία στήλη του πίνακα 2.
Μια μείωση της συνολικής απόδοσης απο 55 στο 50% δεν φαίνεται δραματική.
Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι συνολικα, η ανεμογεννήτρια και η βοηθητική επένδυση είναι άχρηστη, με την έννοια ότι δεν υπάρχει μείωση των εκπομπών ρύπων , ή εξοικονόμηση των ορυκτών καυσίμων.
Όμως το γεγονός, ότι η επένδυση-δαπάνη στον αιολικό εξοπλισμό είχε ως αποτέλεσμα, και ένα σημαντικό ποσό επιπλέον ενέργειας από ορυκτά που ποτέ δεν θα ανακτηθεί, επιδεινώνει την κατάσταση.
Κάποιος μπορεί θέσει το ερώτημα εάν η μείωση της απόδοσης των συμβατικών εργοστασίων παραγωγής με τη συμμετοχή ανεμογεννητριών είναι άξια λόγου , διότι η μείωση αυτή διαχέεται με ένα τυχαίο τρόπο σε πολλούς παρόχους ενέργειας και τους διαφορετικούς τύπους των σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Θα θέλαμε να τονίσουμε και πάλι ότι η εκτίμηση μας αφορά, μόνο τη φάση λειτουργίας των ανεμογεννητριών.
Η εξτρα ενέργεια και το κόστος εργασίας που προκύπτουν από την ανάγκη να έχουν τα αιολικά , 90 με 100% back-up , η ενέργεια και τα έξοδα που απαιτούνται για την μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας από τα αιολικά στο δίκτυο υψηλής τάσης δεν έχουν εξεταστεί.
Το ζήτημα back-up , είναι πρώτης προτεραιότητας στην Ολλανδία για όσο χρονικό διάστημα το ποσό της εγκατεστημένης αιολικής ενέργειας στη χώρα είναι μέτριο.
Σίγουρα όμως δεν έχει ακόμη αξιολογηθεί από την Ολλανδική κυβέρνηση και το περιβαλλοντικό κίνημα.
Τελικά
Έχουμε υπόψη τις οικονομικές πτυχές των ανεμογεννητριών για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο, οσο αποδεικνύεται ότι η μεγάλης κλίμακας χρήση των ανεμογεννητριών προσθέτει μόνο τη χρήση ορυκτών καυσίμων και εκπομπών CO2, κάθε ευρώ που δαπανάται πάει χαμένο.
Εάν, ωστόσο, η εφεδρική απόδοση είναι τέτοια ώστε με κάποια καύσιμα οι εκπομπές CO2 αποφεύγονται, τότε απαιτείται μια σκληρή οικονομική αξιολόγηση .
Εμείς αναφερόμαστε σε μια πολύ πρόσφατη μελέτη για τον οοικονομικό αντίκτυπο από την προώθηση των ανανεώσιμων πηγών. βλ.συν 8 .
Η μελέτη καταλήγει στο συμπέρασμα ότι, από οικονομική άποψη, η χρήση της αιολικής και ηλιακής παραγωγής ενέργειας είναι μια τεράστια σπατάλη πόρων.
Συμπεράσματα:
1. Είναι αναγκαίο να καθοριστεί με βάση τα δεδομένα, παρά τις προβλέψεις των μοντέλων, το επίπεδο της επιπλέον χρήσης καυσίμων που προκαλείται από την μειωμένη αποδοτικότητα των συμβατικών εργοστάσιων ορυκτών καυσίμων ( back-up ) απο την αιολική ενέργεια, πριν οι χώρες μετατρέψουν τα μεγάλα επενδυτικά σχέδια αιολικής ενέργειας σε πραγματικότητα.
2. Η αιολική ενέργεια κοστίζει περισσότερο από ό, τι εύκολα παράγει, όχι μόνο σε χρήμα, αλλά και σε μη-ανανεώσιμη χρήση ενέργειας (ορυκτά καύσιμα ).
Έτσι εύκολα αυξάνει αντί να μειώσει τις εκπομπές CO2.
3. Οι εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας πρέπει να δημοσιοποιήσουν επειγόντως τα πραγματικά δεδομένα για τα επιπλέον καύσιμα που απαιτούνται για να δημιουργία back-up για την αιολική ενέργεια.
Αναφορές και υποσημειώσεις.
1. B.C. Ummels: Ισχύς Λειτουργίας Συστήματος με μεγάλης κλίμακας αιολικής ενέργειας, Diss?. TU Delft, februari 2009.
2. G. Dijkema, Ζ. Lukszo, Α. Verkooijen, L. de Vries & Μ. Weijnen: De regelbaarheid van elektriciteitscentrales. Een QuickScan σε opdracht van het Ministerie van Economische Zaken, TU Delft, 20 Απριλίου 2009.
3. Wind Energy Έκθεση Γερμανία 2008, ISET, Πανεπιστήμιο Κάσελ, Deutschland.
4. Χρησιμοποιούμε συντελεστή απόδοσης αντι για αποδοτικότητα των ανεμογεννητριών, γιατί επικεντρωνόμαστε σε αυτή την έρευνα , σχετικά με την αποτελεσματικότητα της λειτουργίας πανω-κάτω , των εργοστασίων back-up της συμβατικής ηλεκτροπαραγωγής.
5. Brits Hogerhuis, Επιλογή Επιτροπής Οικονομικών Υποθέσεων, έκθεση... Τα Οικονομικά των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, 2007-08:?? ...... Στην ευρύτερη περιοχή της διασύνδεσης, το πιο πιθανό είναι ότι οι διακυμάνσεις των ανέμων θα ακυρώσουν, αν και ο καιρός μπορεί μερικές φορές να είναι παρόμοιος ακόμη και πάνω από μια ευρύτερη περιοχή. Για παράδειγμα, λάβαμε κάποιες ενδείξεις ότι οι χαμηλές ταχύτητες ανέμου στο Ηνωμένο Βασίλειο θα μπορούσαν να συμπέσουν με παρόμοιες συνθήκες στη Γερμανία, την Ιρλανδία ακόμη και τόσο μακριά όσο η Ισπανία.
6. Η. Alt: Hardhoehengespraeche Siegsburg 30 Σεπτέμβρη του 2009
7. Μέρος της παραγόμενης αιολικής ηλεκτρικής ενέργειας , πλεονάζει της ζήτησης. Ο καθηγητής Alt περιγράφει τι συμβαίνει στη Γερμανία. Το πλεόνασμα αιολικής ενέργειας εξάγεται δωρεάν και επιβάλλονται υψηλά πρόστιμα.
Ο λογαριασμός πηγαίνει στους φορολογούμενους πολίτες.
8. Μ. Frondel, Ν. Ritter & C. Vance: Οικονομικές επιπτώσεις από την προώθηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας:
Η γερμανική εμπειρία? Rheinisch-Westfälisches Inst. f. Wissenschaftsforschung, Οκτώβριος 2009.
9. Η φράση ορυκτά καύσιμα ,εδώ,αναφέρεται στο φυσικό αέριο.
http://www.instituteforenergyresearch.org/germany/Germany_Study_-_FINAL.pdf
K. de Groot C. le Pair
(Former Shell & STW, The Netherlands.)
kenjdegroot@mac.com
clepair@casema.nl
- Αυτή η μελέτη-ντοκουμέντο , αποδεικνύει με σαφή τρόπο , οτι η χρήση αιολικής ενέργειας είναι μια πανάκριβη επιλογή που αυξάνει το κόστος ρεύματος με την επιπλέον χρήση ορυκτών καυσίμων , αλλά και την αύξηση εκπομπών ρυπωνστηνατμόσφαιρα . SAGINI
ΧΩΡΙΣ ΣΧΟΛΙΑ