Andrzej Tomporowski, Józef Flizikowski, Robert Kasner, Weronika Kruszelnicka
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, Bydgoszcz
Streszczenie
Częstą przeszkodą w eksploatacji elektrowni wiatrowych są stany ekstremalne mocy, a przede wszystkim energii ich działania, i związana z tym nieprzewidywalność zyskowności (rentowności). Rentowność sprzedaży netto (ang. net profit margin) mocy i energii, również emisji CO2 w przypadku elektrowni wiatrowych – informuje, ile zysku (straty) po opodatkowaniu (netto) wypracowują przychody z działalności. Wysokie zyski ekonomiczne i niskie szkodliwości ekologiczne działania elektrowni wiatrowej są stanami pożądanymi, jednak bezpieczeństwo energetyczne wymaga by skutecznie przeciwdziałać negatywnym oddziaływaniom ekstremalnie wysokich lub niskich wartości energetycznych charakterystyk użytkowych, czy też aerodynamicznych i meteorologicznych, które są bezpośrednią przyczyną powstawania negatywnych zjawisk.
W pracy za cel badań przyjęto weryfikację modeli matematycznych, oszacowanie średniej i wariancji energetycznej, ekonomicznej i ekologicznej zyskowności elektrowni wiatrowej dla uaktualnionego rozkładu wietrzności na podstawie średniej i wariancji rocznej zyskowności elektrowni wiatrowej dla „starszego” oraz bieżącego rozkładu wietrzności.
W artykule przedstawiono zagadnienia związane z eksploatacyjnym użytkowaniem złożonych obiektów technicznych na przykładzie turbin wiatrowych dużej mocy. W pracy opracowano model matematyczny produktywności turbiny wiatrowej w zależności od zmiennych prędkości wiatru i lokalizacji. Rozpatrywano eksploatacyjne zyski i straty energii w pod- i nadkrytycznych warunkach wietrzności. Badania produktywności dla rzeczywistego obiektu przeprowadzono na podstawie wyników badań turbiny wiatrowej Vestas V90 / 105m o mocy 2 MW zlokalizowanej w gminie Błaszki. Przyjęto, że podstawową wielkością użytkową, charakteryzującą pracę elektrowni wiatrowej jest ilość wytworzonej energii elektrycznej w czasie. Do jej wyznaczenia wykorzystano parametry C i k funkcji Weibulla.
Pozytywnie sprawdzono i oceniono założenie o zakresach prędkości i wydatku wiatru: podkrytycznym, efektywnym i nadkrytycznym. Zmienne warunki wietrzności utrudniają teoretyczne oszacowanie produktywności elektrowni wiatrowej. Szacunki dokonane na podstawie teoretycznych zależności i obliczeń obarczone są błędem – właśnie ze względu na zmienność i nieprzewidywalność warunków wietrznych.
W pracy nie dokonano oceny krótkoterminowej (np. miesięcznej), konkretnej zyskowności, ze względu na zmienność cen i wartości świadectw pochodzenia energii w poszczególnych okresach badań. Zestawiono natomiast roczne wskaźniki korzyści ekonomicznych, energetycznych i ekologicznych, definiowane jako różnice produktywności i nakładów eksploatacyjnych na jej uzyskanie w warunkach rocznych wietrzności (2013-2015). Najwyższe wartości, w badanych latach uzyskano: w roku 2013 dla korzyści ekonomicznnych, ke=f*(v,ne,pe) 1436 tys. PLN; w roku 2014 dla korzyści energetycznych, ken=f(v,nen,pen) 5504 MWh; również w roku 2014 dla korzyści ekologicznych, kekol=f(v,nekol,pekol) 4457 teqCO2..
Słowa kluczowe
technologia wytworzenia mocy, technologia przetwarzania energii, prognozowanie środowiska
Environmental Control of Wind Power Technology
Abstract
Currently, a common obstacle to the operation of wind turbines are states of extreme power, and above all the power of their actions, and the associated unpredictability of profitability. Net profit margin of power and energy, also the CO2 emissions in the case of wind turbines – indicates how much profit (loss) after tax (net) generate income from operations.High economic profits and low ecological mischievousness of activities of wind power plant are desirable states, but energy security requires to Effectively counteract the negative effects of extremely high or low value of the energy characteristics utilities, or the aerodynamic and meteorological conditions, which are a direct cause of negative phenomena.
In the paper for the aim of research adopted to verify mathematical models to estimate the mean and variance of energy, economic and environmental profitability of wind power for the updated distribution of wind on the basis of the mean and variance of the annual profitability of a wind turbine for "elderly" and the current distribution of wind.
The article presents issues related to the operational management and exploitation of complex technical objects on the example of large wind turbine. In the paper developed the mathematical model of wind turbine productivity depending on variable wind speed and localization. Considered operational profits and losses of energy in sub- and supercritical wind conditions. Research of productivity for the real object was carried out on the basis of the research results of the wind turbine Vestas V90 / 105m 2 MW located in the municipality of Błaszki.It is assumed that the basic utility characteristic, characterizing the work of wind power is the amount of electricity generated in time. For determination this characteristic the parameters C and K of Weibull function was used.
Positively tested and rated the assumption of speed ranges and wind flow: subcritical, supercritical and effective. Variable wind conditions make it difficult to estimate the theoretical productivity of a wind power plant. Estimates made on the basis of theoretical dependence and calculations are burdened with mistake – precisely because of the volatility and unpredictability of wind conditions.
The study did not assess the short-term (eg. Monthly), specific profitability, due to the volatility of prices and the value of certificates of energy origin in different periods of research. Compiled while the annual economic, energy and environmental indicators of benefits defined as differences in productivity and operational costs to obtain it in terms of annual wind (2013-2015). The highest values were obtained in the studied years: in 2013 for economic benefits, ke = f*(v, ne,pe) 1436 thousand PLN; in 2014 for the of energy benefit ken = f(v, nen, pen) 5504 MWh; also in 2014 for the environmental benefits kekol = f(v, nekol, pekol) 4457 teqCO2.
Keywords
power generation technology, energy conversion technology, forecasting environment
Pełny tekst / Full text
PDF (Polish)
