CC BY
58
э к о н о м и к а э н е р г е т и к и
УДК 620.921 (261.24) (08)
АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ВЕТРОУСТАНОВОК ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОПЫТА КОММЕРЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЕТРОПАРКОВ ЛАТВИИ
Докт. инж. наук, доц. РОЛИК Ю. А.1*, канд. техн. наук ГОРНОСТАЙ А. В.2)
1Институт транспорта и связи (Латвия), 2Белорусский национальный технический университет
E-mail: [email protected]
Рассмотрены основные аспекты коммерческой реализации ветроэнергетических проектов как прикладной части ветроэнергетики с целью оценки жизнеспособности и финансовой реализуемости указанных проектов. Представлены результаты опыта коммерческой эксплуатации за 10-летний период двух ветропарков, выполненных на базе трех ветроустановок (ВЭУ) типа NORDEX N54 мощностью 1,0 МВт каждая с высотой башни 60 м, расположенных в пунктах Ужава и Алсунга на побережье Балтийского моря Республики Латвия. Результаты получены путем сравнения ветровых условий мест расположения и основных экономических показателей работы ВЭУ рассматриваемых ветропарков. Сравнение производили по следующим оценочным показателям: годовая выработка электроэнергии, средние годовые доходы, полученные за рассматриваемый период, себестоимость электроэнергии. Ветровые условия мест расположения ВЭУ и удаление этих мест от береговой линии влияют на экономические показатели работы ВЭУ, которые дают цельное представление о жизнеспособности и финансовой реализуемости ветроэнергетических проектов.
На основе анализа полученных данных показано, что величина относительной произведенной электроэнергии понижается на 10 % с каждым километром удаления местоположения ветропарка от береговой линии Балтийского моря. Также отмечено, какое влияние оказывают ветровые условия окрестной местности и удаленность мест расположения ВЭУ от береговой линии на себестоимость электроэнергии, вырабатываемой ветропарками. Представленные результаты целесообразно в последующем использовать для оценки ветроэнергетического потенциала конкретного района и выбора места расположения ветропарка, а также при принятии конкретных управленческих решений в ходе реализации коммерческих ветроэнергетических проектов.
Ключевые слова: ветроустановка, ветровые условия, скорость ветра, годовая выработка электроэнергии, себестоимость 1 кВтч электрической энергии.
Ил. 4. Табл. 3. Библиогр.: 10 назв.
ANALYSIS OF THE MAJOR ECONOMIC FACTORS OF THE WIND TURBINES PERFORMANCE BASED ON THE RESULTS OF COMMERCIAL SERVICE EXPERIENCE OF THE WIND-FARMS IN LATVIA
ROLIK Y. A.1), GORNOSTAY A. V.2)
1Transport and Communication Institute (Latvia), 2Belarusian National Technical University
The article examines the main aspects of commercial realization of wind-power projects as application part of wind-power industry with the view of evaluating viability and financial feasibility of the specified projects. The paper presents the results of 10 years' commercial service experience of two wind-farms accomplished on the basis of three wind turbines (WT) - NORDEX N54, 1.0 MW capacity each, 60 m tower height, located in settlements Uzava and Alsunga on the coast of the Baltic Sea in the Republic of Latvia. The results were obtained by the way of collation of the site-location wind conditions and the major economic factors of the WT operation in the considered wind farms. The collation included the following estimated figures: annual electricity production, average annual income received during the period under review, electricity prime cost. The WT-site location wind conditions and the site-distance from the coastal line have an effect on the WT-performance economic factors that provide an integral insight into the viability and financial feasibility of the wind energy projects.
Based on the analysis of the obtained data, the authors show that the relative produced energy value decreases 10 % with each kilometer wind-farm site distance from the coastal line of the Baltic Sea. They also indicate the effect the surrounding-area wind conditions and the TW-location site remoteness from the costal line have on the prime cost of the electricity generated by the wind farms. There is a good reason to utilize the presented results in the future for the wind-energy potential valuation of a particular region and a wind-farm location choice as well as for making particular managerial decisions in the way of realizing commercial wind-energy projects.
Keywords: wind turbine, wind conditions, wind speed, annual electricity production, 1 kW-h electricity prime cost.
Fig. 4. Tab. 3. Ref.: 10 titles.
Введение. Экономические показатели работы ветроустановок (ВЭУ) [1, 2] дают цельное представление о жизнеспособности и финансовой реализуемости ветроэнергетических проектов. Такие показатели рассчитываются по данным коммерческой эксплуатации ВЭУ [3, 4]. В статье представлено сравнение результатов работы двух ветропарков за 10-летний период коммерческой эксплуатации, реализованных на базе трех ВЭУ типа NORDEX N54 мощностью 1,0 МВт каждая с высотой башни 60 м [5] в пунктах Ужа-ва (одна ВЭУ) и Алсунга (две ВЭУ), расположенных на побережье Балтийского моря республики Латвия. Положение (удаление от береговой линии Балтийского моря) мест расположения ВЭУ составляет: в ветропарке Ужава - 0,5 км, в ветропарке Алсунга - 13,5 км. Сравнение производили по следующим оценочным показателям [6, 7]:
• ветровые условия мест расположения;
• удаление мест расположения от береговой линии;
• годовая выработка электроэнергии;
• средние годовые доходы, полученные за рассматриваемый период;
• себестоимость электроэнергии.
Приведенные в статье результаты исследований представляют практический интерес и их можно объединить в две различные группы: характе-
ристики ветровых условий мест расположения ВЭУ и основные экономические показатели работы ВЭУ. Эти данные в последующем можно использовать для оценки ветроэнергетических ресурсов рассматриваемого района, а также при принятии конкретных управленческих решений в ходе коммерческой реализации ветроэнергетических проектов.
Ветровые условия мест расположения. Представленные характеристики ветровых условий были получены на основании стандартных метеорологических измерений, произведенных с помощью специальных метеорологических станций [5], расположенных в верхней части гондолы ВЭУ. Обработку данных, зафиксированных в системе метеорологических измерений, проводили по специальной методике [7]. Это позволило получить такие основные характеристики ветровых условий [1-3] мест расположения ВЭУ, как:
• процентное распределение скоростей ветра и безветрия по месяцам и за год по различным направлениям;
• повторяемость скоростей ветра по различным направлениям;
• среднегодовая скорость ветра.
Розы ветров [8] рассматриваемых пунктов наблюдения, составленные для высот осей роторов ВЭУ (60 м) [9], представлены на рис. 1, 2. Здесь радиальные линии указывают часть времени от всего года (в процентах), в течение которого ветер дует с данного направления. Анализ рис. 1, 2 показывает, что господствующим направлением ветра в пункте Ужава является юго-западное. При этом также хорошо видно, что повторяемость западного, южного и юго-восточного направлений ветра по своей частоте близка к главному направлению. Высокие процентные значения (3/4 от главного) этих направлений делают розу ветров данного пункта широко направленной. Преобладающее направление ветра в пункте Алсунга юго-восточное, оно имеет узконаправленную розу.
С
.С
Ю
Ю
Рис. 1. Роза ветров пункта наблюдения Ужава
Рис. 2. Роза ветров пункта наблюдения Алсунга
З
В
З
В
Другой важнейшей характеристикой ветровых условий сравниваемых пунктов наблюдения является среднегодовая скорость ветра [8]. Данные по среднегодовой скорости ветра (по месяцам и за год) для высоты 60 м,
которые были получены в соответствии с методикой, описанной в [7], представлены в табл. 1. Сравнение ветровых данных показывает, что среднегодовая скорость ветра в пункте наблюдения Ужава на 25 % больше значения среднегодовой скорости ветра в Алсунге (7,0 и 5,6 м/с соответственно). Это обусловлено близостью расположения ветропарка Ужава к береговой линии моря.
Таблица 1
Среднегодовая скорость ветра в пунктах наблюдения
Месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год Место
Скорость V, м/с 7,7 8,0 7,6 6,3 6,4 6,6 6,1 6,4 6,4 7,6 7,3 7,4 7,0 Ужава
6,0 5,4 5,8 5,7 5,4 5,2 4,8 5,5 5,8 5,7 5,3 6,3 5,6 Алсунга
Экономические показатели проектов. В качестве основных экономических показателей, отражающих эффективность коммерческих ветроэнергетических проектов, были определены [3]:
• годовая выработка электроэнергии;
• средние годовые доходы, полученные за эксплуатационный период;
• себестоимость электрической энергии.
Годовая выработка электроэнергии. Данные по годовой выработке электроэнергии (по месяцам, за год и среднее значение) для проекта Ужава представлены в табл. 2, а суммарные данные по годовой выработке электроэнергии по тем же показателям для ветропарка Алсунга - в табл. 3.
Таблица 2
Годовая выработка электроэнергии ветропарка Ужава, МВтч
Месяц Год Среднее
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
I 257 122 285 183 312 260 210 104 218 195 215
II 92 178 135 86 189 319 96 79 192 168 174
III 176 195 138 136 189 190 122 239 278 218 195
IV 153 99 145 143 192 103 95 126 95 181 127
V 105 137 93 161 109 92 149 117 174 139 127
VI 128 116 115 94 146 160 161 116 110 123 130
VII 69 129 103 77 195 102 135 76 50 156 112
VIII 156 117 158 90 154 219 150 141 154 135 140
IX 149 307 161 166 212 107 254 189 179 270 178
X 163 210 154 222 137 359 178 184 297 188 209
XI 107 217 171 223 185 254 213 178 210 196 194
XII 296 312 183 413 238 132 147 177 338 183 217
Год 1854 2142 1843 1995 2196 2297 1912 1726 2294 2152 2020
Сравнение данных по годовой выработке электроэнергии показывает, что оба ветропарка имеют почти одинаковую годовую производительность. Следовательно, по данному показателю эффективность ветропарка Ужава в два раза больше, чем ветропарка Алсунга.
Изменение годовой выработки электроэнергии лучше оценивать в относительных единицах, т. е. необходимо показать, каким образом происходит процентное уменьшение относительной производительности ветро-парка с увеличением расстояния его местоположения от береговой линии.
Расчеты показывают [9, 10], что значение относительной произведенной электроэнергии понижается на 10 % с каждым километром удаления местоположения ветропарка от береговой линии. В проекте Алсунга оно составляет только 60 % от производительности проекта Ужава.
Таблица 3
Годовая выработка электроэнергии ветропарка Алсунга, МВтч
Месяц Год Среднее
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
I 218 156 196 143 387 372 180 144 207 218 222
II 101 172 178 102 151 350 98 95 209 192 165
III 184 189 135 132 178 188 111 184 299 220 182
IV 209 108 136 139 231 114 120 99 158 202 152
V 91 169 106 179 100 100 164 120 163 129 132
VI 136 112 119 94 74 169 175 123 122 139 127
VII 81 119 85 72 158 92 120 80 87 138 102
VIII 180 112 121 112 120 165 130 101 123 81 124
IX 129 212 132 149 164 96 197 187 189 193 165
X 155 179 166 188 123 269 185 187 212 140 180
XI 105 156 195 180 175 252 216 173 208 182 175
XII 309 269 201 321 226 168 171 174 359 233 232
Год 1898 1945 1772 1810 2087 2335 1868 1667 2334 2068 1958
Средние годовые доходы, полученные за эксплуатационный период.
Доходность от работы ветропарков наиболее точно характеризуется денежными поступлениями от продажи электрической энергии в сеть. Средние значения выручки, в дол. США, по месяцам от реализации произведенной продукции для двух ветропарков показаны на диаграмме рис. 3.
дол. 35000
30000
25000 20000 15000-10000
5000
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Месяц
Рис. 3. Сравнение данных по доходности ветропарков: □ - Ужава; □ - Алсунга
Сравнение данных показывает, что доходы, получаемые от продажи электроэнергии ветропарка Ужава, приблизительно такие же, как от продажи электроэнергии ветропарка Алсунга. Это означает, что экономическая эффективность ветропарка Ужава в два раза больше, чем ветропарка Алсунга.
Себестоимость электрической энергии. Важнейшим показателем эффективности работы ветропарка является себестоимость 1 кВтч электро-
энергии, произведенной ВЭУ. Расчет себестоимости электроэнергии, выработанной ВЭУ, производили по методике, приведенной в [10]. При этом учитывали основные эксплуатационные расходы ВЭУ (зарплата обслуживающего персонала, отчисления на социальные нужды, страхование, техническое обслуживание и запасные части, административно-управленческие расходы, арендная плата), амортизационные отчисления и проценты по кредиту.
Результаты расчетов себестоимости электроэнергии рассматриваемых ветропарков по годам эксплуатации, в дол. США, представлены на диаграмме рис. 4. Анализ данных показывает, что себестоимость 1 кВтч электроэнергии ветропарка Ужава почти в два раза меньше, чем ветропарка Алсунга. Это полностью соотносится с данными по доходности двух проектов (рис. 3).
дол./(кВт-ч) 0,350
0,300
0,250
0,200
0,150
0,100
0,050
0
Рис. 4. Сравнение себестоимости 1 кВтч электроэнергии, произведенной ВЭУ: □ - Ужава; □ - Алсунга
В Ы В О Д Ы
1. Преобладающим направлением ветра в пункте Ужава является юго-западное, а в Алсунге - юго-восточное. При этом среднегодовая скорость ветра в пункте Ужава на 25 % больше, чем в Алсунге.
2. Годовая выработка электроэнергии ветроэнергетического проекта Ужава в два раза больше, чем проекта Алсунга. При этом величина относительной произведенной электроэнергии понижается на 10 % с каждым километром удаления от береговой линии.
3. Доходность ветропарка Ужава в два раза больше, а себестоимость вырабатываемой электрической энергии в два раза меньше, чем ветропарка Алсунга. Это обусловлено удачным выбором места расположения ветро-парка Ужава по ветровым условиям.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. T w i d e l l, John W. Renewable Energy Resources / W. John Twidell, D. Weir Anthony. -London: Taylor & Francis, 2006. - 601 p.
2. У д а л о в, С. Н. Возобновляемые источники энергии: учеб. пособие / С. Н. Удалов. -3 изд., перераб. и доп. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. - 459 с.
3. Ш е ф т е р, Я. И. Использование энергии ветра / Я. И. Шефтер. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 200 с.
0,288
0,178
0,149
0,269
0,204
0,098
0,189
0,086
0,163 0,154 0 149
_ -0,i49 од36 0,124
0,079
0,078
Т
0,077 0,076 0,069
°,°69 0,065
0,115
;--Ц -1Ц - | -|_| |Н I | |
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Год
4 O f t h e P r o m o t i o n of the Use of Energy from Renevable Sources: Directive 2009/28/EC of the European Parlament and the Council of 23 April 2009 // Official Journal of the European Union. - 2009. - No 5, 6. - Р. 16-61.
5. Э н е р г е т и ч е с к о е оборудование для использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии: справочник-каталог / В. И. Виссарионов [и др.]. -М.: АО «Новые и возобновляемые источники энергии», 2004. - 448 с.
6. R o l i k, Yu. Some Result of Operating Experience of Wind Turbines in Latvia / Yu. Ro-lik // "Wind Energy in the Baltic", Proceeding of International Conference, 11 June 2004, Riga. -Riga: RMS Forum, 2004. - Р. 91-100.
7. R o l i k s, J. Performance of the Sarnate Wind Turbine Generator / J. Roliks // Latvian Journal of Physics and Technical Sciences. - 2005. - No 3. - Р. 29-37.
8. Л у к у т и н, Б. В. Возобновляемые источники энергии: учеб. пособие / Б. В. Луку-тин. - Томск: Изд-во Томского политех. ун-та, 2008. - 187 с.
9. R o l i k s, J. Effect of Wind Conditions of Site Locations of Wind Turbine Generators Caused on Profitability of the Commercial Wind Energy Projects / J. Roliks // Reliability and Statistics in Transportation and Communication (RelStat'08). Proceedings of the 8th International Conference, Riga, 15-18 October 2008. - Riga: Transport and Telecommunication Institute, 2008. - Р. 265-272.
10. Р о л и к, Ю. Ветровые условия мест расположения и их влияние на себестоимость электроэнергии ветроэнергетических проектов / Ю. Ролик // Энергия ветра для устойчивого развития сообщества: материалы Междунар. конф., Калининград, 27-30 апреля 2009 г., РГУ имени И. Канта. - Калининград: РГУ, 2009. - С. 101-114.
R E F E R E N C E S
1. T w i d e l l, John W., & Anthony, Weir D. (2006) Renewable Energy Resources. London: Taylor & Francis. 601 p.
2. U d a l o v, S. N. (2014) Renewable Energy Sources. 3rd ed. Novosibirsk: Publishing House of Novosibirsk State Technical University. 459 p. (in Russian).
3. S h e f t e r, Yа. I. (1983) Utilization of Wind Energy. 2nd ed. Moscow, Energoatomizdart. 200 p. (in Russian).
4. O f t h e P r o m o t i o n of the Use of Energy from Renewable Sources: Directive 2009/28/EC of the European Parlament and the Council of 23 April 2009. Official Journal of the European Union, 2009, 5-6, 16-61.
5. V i s s a r i o n o v, V. I., Belkinaiu S. V., Deriugina, G. V., Kuznetsova, V. A., & Mali-nin, N. K. (2004) Power Equipment for Nontraditional and Renewable Power Sources. Reference-book. Moscow, "New and Renewable Power Sources". 448 p. (in Russian).
6. R o l i k, Yu. (2004) Some Result of Operating Experience of Wind Turbines in Latvia. Wind Energy in the Baltic. Proceeding of International Conference, 11 June 2004, Riga. Riga: RMS Forum, 91-100.
7. R o l i k s, J. (2005) Performance of the Sarnate Wind Turbine Generator. Latvian Journal of Physics and Technical Sciences, 3, 29-37.
8. L u k u t i n, B. V. (2008) Renewable Power Sources. Tomsk: Publishing House of Tomsk Polytechnic University. 187 p. (in Russian).
9. R o l i k s, J. (2008) Effect of Wind Conditions of Site Locations of Wind Turbine Generators Caused on Profitability of the Commercial Wind Energy Projects. Reliability and Statistics in Transportation and Communication (RelStat'08). Proceedings of the 8th International Conference, Riga, 15-18 October 2008. Riga: Transport and Telecommunication Institute, 265-272.
10. R o l i k, Yu. (2009). Wind Conditions of Site Locations and Their Influence on Energy Cost of Wind Energy Projects. Wind Energy for Sustainable Development of Community: Materials of the International Conference. Kaliningrad: Riga State University Named After I. Kant, 101-114.
Представлена кафедрой
электроснабжения БНТУ Поступила 06.06.2014
