ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΧΩΡΟΘΕΤΗΣΗΣ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ ΣΤΗΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΤΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΤΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

Transcript

1 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΧΩΡΟΘΕΤΗΣΗΣ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ ΣΤΗΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΤΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΤΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Ι.Κ. Καλδέλλης, Ι. Φυριππής, Ι. Νεονάκης, Κ.Α. Καββαδίας Εργαστήριο Ήπιων Μορφών Ενέργειας & Προστασίας Περιβάλλοντος, ΤΕΙ Πειραιά Τηλ , FAX , ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η οικονομική βιωσιμότητα μιας αιολικής εγκατάστασης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ενεργειακή της παραγωγή στη διάρκεια του χρόνου λειτουργίας της. Αντίστοιχα, η ενεργειακή παραγωγή καθορίζεται από το τοπικό αιολικό δυναμικό και από την τεχνική διαθεσιμότητα των χρησιμοποιούμενων μηχανών. Στα πλαίσια αυτά η παρούσα εργασία διερευνά τη διαχρονική μεταβολή της αιολικής παραγωγής των μεμονωμένων αιολικών μηχανών επιλεγμένων-αντιπροσωπευτικών αιολικών πάρκων, με στόχο τον προσδιορισμό της ανηγμένης ενεργειακής παραγωγής ανά προστιθέμενη μηχανή. Ακολούθως, η υπολογισθείσα ενεργειακή παραγωγή συνδέεται με την ανάγκη βέλτιστης χωροθέτησης (micrositing) των αιολικών μηχανών σε δεδομένο χώρο εγκατάστασης. Βασικός στόχος της προτεινόμενης ανάλυσης είναι να υπογραμμισθεί η επιτακτική ανάγκη για λεπτομερή χωροθέτηση των αιολικών μηχανών μιας ανάλογης εγκατάστασης και ο αυστηρός προσδιορισμός του πλήθους των αιολικών μηχανών, που εγκαθιστάμενες σε μια περιοχή -λαμβάνοντας υπόψιν και τις όποιες οικονομίες κλίμακας- αυξάνουν τελικά το καθαρό τελικό οικονομικό αποτέλεσμα μιας επένδυσης. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η αιολική ενέργεια αποτελεί πλέον μια καθιερωμένη, οικονομικά βιώσιμη, λύση του προβλήματος κάλυψης της αυξημένης ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας στις περισσότερες χώρες της Ε.Ε. Πράγματι, στις αρχές του 2006 η συνολική εγκατεστημένη αιολική ισχύς ξεπερνά τα 50,000MW εκ των οποίων το 75% βρίσκεται στην ευρωπαϊκή ήπειρο [1]. Από τα διαθέσιμα στοιχεία είναι σαφές ότι η οικονομική απόδοση μιας αιολικής εγκατάστασης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ενεργειακή της παραγωγή στη διάρκεια του χρόνου λειτουργίας της [2]. Αντίστοιχα, η ενεργειακή παραγωγή καθορίζεται από το τοπικό αιολικό δυναμικό και από την τεχνική διαθεσιμότητα των χρησιμοποιούμενων μηχανών [3]. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με τον περιορισμό μιας ελάχιστης απαίτησης μεταξύ διαδοχικών αιολικών μηχανών, αναδεικνύει το πρόβλημα της προσεκτικής χωροθέτησης των υπό εγκατάσταση ανεμογεννητριών [4]. Πιο συγκεκριμένα, η αιολική ενέργεια χαρακτηρίζεται ως μορφή ενέργειας η οποία καταλαμβάνει σημαντικές εκτάσεις. Αυξανομένου συνεπώς του αριθμού των προς εγκατάσταση μηχανών και με δεδομένο τον πεπερασμένο αριθμό περιοχών με υψηλό αιολικό δυναμικό και ικανοποιητική υποδομή οξύνεται διαρκώς το πρόβλημα τοποθέτησης κατά το δυνατόν περισσότερων αιολικών μηχανών σε δεδομένη γεωγραφική έκταση. Επιπλέον, η ταυτόχρονη εγκατάσταση περισσότερων ανεμογεννητριών σε μια δεδομένη περιοχή επιχειρεί να αξιοποιήσει τις οποιεσδήποτε οικονομίες κλίμακας, με σκοπό να περιορίσει το αρχικό κόστος εγκατάστασης [5]. Από την άλλη όμως πλευρά η τοποθέτηση περισσότερων μηχανών σε γειτονικές περιοχές αυξάνει τις απώλειες αλληλεπίδρασης μεταξύ διαδοχικών μηχανών (απώλειες σκίασης [6]). Πιο συγκεκριμένα, στην περίπτωση που μία αιολική μηχανή βρεθεί στον ομόρου μιας ή περισσότερων "ανάντη" ανεμογεννητριών αντιμετωπίζει αφενός χαμηλότερες τιμές ταχύτητας ανέμου αφετέρου χρονικά μεταβλητό πεδίο ροής και υψηλή τύρβη [7]. Το αποτέλεσμα της εν λόγω λειτουργίας είναι η μειωμένη ενεργειακή παραγωγή και η

2 υψηλότερη δυναμική καταπόνηση. Για το σκοπό αυτό αναπτύσσονται διάφορες τεχνικές χωροθέτησης αιολικών μηχανών σε δεδομένη έκταση, με σκοπό τη μεγιστοποίηση της ενεργειακής παραγωγής. Στα πλαίσια αυτά η παρούσα εργασία διερευνά αρχικά τη διαχρονική μεταβολή της αιολικής παραγωγής των μεμονωμένων αιολικών μηχανών επιλεγμένων-αντιπροσωπευτικών αιολικών πάρκων με στόχο τον προσδιορισμό της ανηγμένης ενεργειακής παραγωγής ανά προστιθέμενη μηχανή. Ακολούθως, η υπολογισθείσα ενεργειακή παραγωγή συνδέεται με την ανάγκη βέλτιστης χωροθέτησης (micrositing) των αιολικών μηχανών σε δεδομένο χώρο εγκατάστασης. Βασικός στόχος της προτεινόμενης ανάλυσης είναι να υπογραμμισθεί η επιτακτική ανάγκη για λεπτομερή χωροθέτηση των αιολικών μηχανών μιας ανάλογης εγκατάστασης και ο αυστηρός προσδιορισμός του πλήθους των αιολικών μηχανών, που εγκαθιστάμενες σε μια περιοχή -λαμβάνοντας υπόψιν και τις όποιες οικονομίες κλίμακαςαυξάνουν τελικά το καθαρό τελικό οικονομικό αποτέλεσμα μιας επένδυσης [8]. 2. ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Βάσει των προαναφερθέντων στοιχείων, γίνεται κατανοητό ότι κατά τη δημιουργία ενός αιολικού πάρκου τίθενται μια σειρά από ερωτήματα αναφορικά με το πλήθος των μηχανών και τη συνολική προς εγκατάσταση αιολική ισχύ. Το πλέον σύνηθες ερώτημα που τίθεται είναι με ποιο τρόπο σε συγκεκριμένη γεωγραφική έκταση θα χωροθετηθούν συγκεκριμένα αιολικά MW. Σε περιπτώσεις δε έντονου ανταγωνισμού μεταξύ κατασκευαστών αιολικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής επιχειρείται η εγκατάσταση της μέγιστης επιτρεπόμενης (συνήθως λόγω υφιστάμενων περιορισμών υποδομής και χωρητικότητας του τοπικού ηλεκτρικού δικτύου) αιολικής ισχύος, ώστε να παρεμποδισθεί οιανδήποτε άλλη παρόμοια δραστηριότητα στην περιοχή και να αποκλεισθεί πιθανός ανταγωνισμός [9]. Την επιλογή αυτή ενθαρρύνει έμμεσα και το υφιστάμενο καθεστώς χρηματοδότησης και αδειοδότησης αιολικών πάρκων, το οποίο επιδοτεί την εγκαθιστάμενη αιολική ισχύ, ενώ θεωρεί δεσμευτική στη διαδικασία αδειοδότησης και την ονομαστική ισχύ του σχεδιαζόμενου έργου [10]. Το αποτέλεσμα της πρακτικής αυτής είναι να τοποθετούνται περισσότερες μηχανές σε περιορισμένες γεωγραφικές εκτάσεις με όχι απαραίτητα ιδιαίτερα καλό αιολικό δυναμικό, καθώς λόγω και του υφιστάμενου έντονου τοπογραφικού ανάγλυφου της χώρας μας είναι αρκετά πιθανή η ύπαρξη περιοχών με μέτριο αιολικό δυναμικό πλησίον περιοχών με υψηλό αιολικό δυναμικό. Συνεπώς, η επιμονή εγκατάστασης δεδομένου εκ των προτέρων ή του μέγιστου δυνατού αριθμού ανεμογεννητριών σε προκαθορισμένη γεωγραφική έκταση οδηγεί συχνά σε εγκαταστάσεις με μειωμένη οικονομική απόδοση. Πράγματι, σε αρκετές περιπτώσεις ορισμένες από τις εγκατεστημένες μηχανές εμφανίζουν σημαντική απόκλιση ενεργειακής παραγωγής [11] σε σχέση με τις πλέον αποδοτικές μηχανές, γεγονός που σε αρκετές περιπτώσεις θέτει σε αμφισβήτηση τη σκοπιμότητα εγκατάστασής τους. Στα πλαίσια αυτά, στην παρούσα εργασία προτείνεται μια εναλλακτική μεθοδολογία προσδιορισμού του βέλτιστου μεγέθους μιας αιολικής εγκατάστασης, η οποία υποστηρίζει ότι σε μια δεδομένη αιολική εγκατάσταση θα πρέπει να τοποθετείται εκείνος ο αριθμός αιολικών μηχανών ώστε να μεγιστοποιείται το οικονομικό αποτέλεσμα της επένδυσης. Πιο συγκεκριμένα, αρχικά λαμβάνεται υπόψιν η οριακή αύξηση της ετήσιας ενεργειακής παραγωγής μετά την προσθήκη μιας νέας μηχανής. Πράγματι, η αύξηση κατά μια μηχανή του αριθμού των αιολικών μηχανών μιας εγκατάστασης κατά κανόνα υποχρεώνει σε επαναχωροθέτηση και τις υπόλοιπες ήδη υφιστάμενες μηχανές. Με τον τρόπο αυτό είναι πιθανόν να διαφοροποιείται το αιολικό δυναμικό των υποψήφιων θέσεων, ενώ κατά τεκμήριο αναμένεται και μια σχετική αύξηση των απωλειών ομόρου, καθώς περιορίζονται οι αποστάσεις μεταξύ των διαδοχικών μηχανών. Σε αντιδιαστολή των ανωτέρω, είναι αναμενόμενο η προσθήκη μιας ακόμη μηχανής να γίνεται με χαμηλότερο κόστος, λαμβάνοντας υπόψιν τα φαινόμενα οικονομίας κλίμακας. Η

3 εξοικονόμηση επενδυτικών κεφαλαίων είναι σχετικά περιορισμένη αναφορικά με το κόστος προμήθειας του εξοπλισμού, είναι όμως σαφώς πλέον αξιόλογη στην αξιοποίηση της υφιστάμενης υποδομής. Σε μακροχρόνια εξέταση, αναμένεται και μια αξιομνημόνευτη εξοικονόμηση του κόστους συντήρησης και λειτουργίας της εγκατάστασης. 3. ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ Για την καλύτερη κατανόηση των παραπάνω επιχειρημάτων εξετάζεται η μακροχρόνια ενεργειακή παραγωγή επιλεγμένων αιολικών πάρκων, τα οποία λειτουργούν για περισσότερα από δέκα χρόνια στη χώρα μας. Στο σημείο αυτό είναι σημαντικό να διευκρινισθεί ότι η ενεργειακή παραγωγή "Ε(Δt)" μιας αιολικής εγκατάστασης για χρονικό διάστημα "Δt" δίνεται από την παρακάτω εξίσωση: E( Δt) = z N CF Δt = z N Δ ω Δt (1) o o όπου "z" είναι ο αριθμός των εξεταζόμενων αιολικών μηχανών, "N o " είναι η αντίστοιχη ονομαστική ισχύς, "Δ" είναι η τεχνική διαθεσιμότητα και "ω" ο μέσος συντελεστής ισχύος της εγκατάστασης (μηχανής) εξαρτώμενος από την ποιότητα του διαθέσιμου αιολικού δυναμικού και το βαθμό συνεργασίας της αιολικής μηχανής με το τοπικό αιολικό δυναμικό [3,12]. Σε αρκετές περιπτώσεις το γινόμενο της τεχνικής διαθεσιμότητας και του μέσου συντελεστή ισχύος μιας εγκατάστασης περιγράφεται με τον αντίστοιχο συντελεστή φορτίου "CF". ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ ΜΑΡΑΘΟΚΑΜΠΟΥ ΣΑΜΟΥ 2002 ΜΗΝΙΑΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ (kwh) ΜΗΝΑΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Σχήμα 1: Συγκριτική παραγωγή αιολικών μηχανών Για την αποφυγή της περίπτωσης όπου μια ανεμογεννήτρια εμφανίζει χαμηλή αιολική παραγωγή σε σχέση με τις υπόλοιπες όχι λόγω μη επιτυχούς χωροθέτησής της αλλά λόγω μακροχρόνιων τεχνικών προβλημάτων της, εξετάζονται λεπτομερώς τα διαθέσιμα στοιχεία και κατά τη συγκριτική αξιολόγηση εξαιρούνται περιπτώσεις όπου μια ή περισσότερες μηχανές καταγράφουν μηδενικές ή σημαντικά χαμηλότερες ενεργειακές παραγωγές από τις υπόλοιπες. Συνεπώς, οι περιπτώσεις που συνυπολογίζονται στην παρούσα ανάλυση βασίζονται σε μηνιαία ενεργειακά στοιχεία όπως αυτά του σχήματος 1. Το αιολικό πάρκο Μαραθόκαμπου Σάμου είναι εγκατεστημένο κατά μήκος μιας λοφογραμμής στο κεντρικό τμήμα της Σάμου, σχήμα 2, αποτελείται από εννέα (9) μηχανές 100kW (WM-19S, Windmatic), και βρίσκεται σε λειτουργία από το Από την εξέταση μακροχρόνιων στοιχείων για το συγκεκριμένο αιολικό πάρκο στο σχήμα 3 παρουσιάζεται ο

4 αντίστοιχος συντελεστής φορτίου, που αντιστοιχεί στην ενεργειακή παραγωγή των επιμέρους μηχανών. Από την ανάλυση των αποτελεσμάτων της ενεργειακής παραγωγής είναι σαφές ότι αν και όλες οι μηχανές στο υπό μελέτη διάστημα εμφανίζουν συντελεστή φορτίου μεγαλύτερο του 3, καταγράφεται σημαντική διαφοροποίηση της ενεργειακής παραγωγής μεταξύ γειτονικών μηχανών, π.χ. μηχανές 1, 2 και 8 έναντι των μηχανών 3, 5 και 9, σχήμα 4. Σχήμα 2: Γενική άποψη αιολικού πάρκου Μαραθόκαμπου Σάμου Στη συνέχεια κατατάσσοντας τις μηχανές από εκείνη με την υψηλότερη παραγωγή προς εκείνη με τη χαμηλότερη ενεργειακή παραγωγή είναι δυνατόν να υπολογισθεί η μεταβολή της με την αύξηση του αριθμού των μηχανών. Από τα αποτελέσματα των υπολογισμών προκύπτει ότι μέχρι και την τέταρτη μηχανή η καταγραφόμενη μείωση της ενεργειακής παραγωγής, λόγω αλληλεπίδρασης των υφιστάμενων ανεμογεννητριών, δεν είναι σημαντική. Αντιθέτως, σημαντική είναι η μείωση της ενεργειακής παραγωγής των τελευταίων τριών μηχανών, σχήμα 5. ΜΑΚΡΟΧΡΟΝΙΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΦΟΡΤΙΟΥ ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ ΜΑΡΑΘΟΚΑΜΠΟΥ ΣΑΜΟΥ ΣΧΕΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΣΤΟ ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ ΜΑΡΑΘΟΚΑΜΠΟΥ ΣΑΜΟΥ % 9 CF 4 35% 3 25% 2 15% 1 ΠΟΣΟΣΤΙΑΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ % Σχήμα 3: Συντελεστής φορτίου μηχανών Σχήμα 4: Συγκριτική παραγωγή μηχανών Ακολούθως, χρησιμοποιώντας το μοντέλο προσδιορισμού του αρχικού κόστους μιας αιολικής εγκατάστασης των συγγραφέων [2,3,13], εκτιμάται το αρχικό κόστος ίδρυσης ενός αντίστοιχου αιολικού πάρκου. Από τα αποτελέσματα του σχήματος 5 καταγράφεται μια αξιόλογη μείωση του κόστους αρχικής επένδυσης με την αύξηση του αριθμού των προς εγκατάσταση αιολικών μηχανών, η οποία αρχικά συμβαδίζει με την αύξηση της ενεργειακής παραγωγής. Όμως μετά την εγκατάσταση της 5 ης μηχανής η μείωση του κόστους επένδυσης υπολείπεται σταδιακά της αντίστοιχης μείωσης της ενεργειακής παραγωγής, με αποτέλεσμα το ανηγμένο κόστος παραγωγής ηλεκτρικής-αιολικής ενέργειας (για εικοσαετή περίοδο λειτουργίας) να καταγράφει σημαντική αύξηση, σχήμα 6. Βάσει των αποτελεσμάτων του σχήματος 6, προκύπτει ότι ενώ το μέσο κόστος παραμένει σχετικά σταθερό μέχρι και την εγκατάσταση της 4 ης μηχανής στη συνέχεια αυξάνεται σχεδόν γραμμικά, παραμένοντας όμως σε κάθε περίπτωση σχετικά χαμηλό.

5 ΑΝΗΓΜΕΝΑ ΜΕΓΕΘΗ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ - ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΜΕΓΕΘΩΝ ΜΕ ΤΟΝ ΑΡΙΘΜΟ ΤΩΝ ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ (ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ ΜΑΡΑΘΟΚΑΜΠΟΥ-ΣΑΜΟΣ) ΑΔΙΑΣΤΑΤΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΔΙΑΣΤΑΤΟ ΚΟΣΤΟΣ ΕΠΕΝΔΥΣΗΣ ΓΡΑΜΜΗ ΣΥΓΚΡΙΣΗΣ Σχήμα 5: Μεταβολή ενεργειακών-οικονομικών μεγεθών με το πλήθος των μηχανών ΑΔΙΑΣΤΑΤΟ ΚΟΣΤΟΣ 1,09 1,08 1,07 1,06 1,05 1,04 1,03 1,02 1,01 1,00 ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΚΟΣΤΟΥΣ ΗΛΕΚΤΡΟΠΑΡΑΓΩΓΗΣ (ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ ΜΑΡΑΘΟΚΑΜΠΟΥ-ΣΑΜΟΣ) 0, Σχήμα 6: Κόστος αιολικής ηλεκτροπαραγωγής Στη συνέχεια εξετάζεται η ενεργειακή συμπεριφορά ενός νεότερου και μεγαλύτερου αιολικού πάρκου, εγκατεστημένου στην περιοχή της μονής Τοπλού στην Κρήτη και αποτελούμενο από δεκαεπτά (17) μηχανές των 300kW (HMZ-Windmaster-300). Με το παράδειγμα αυτό επιχειρείται η εξέταση μιας περίπτωσης με αξιόλογο αριθμό μηχανών, ιδιαίτερα εάν ληφθεί υπόψιν ότι στη χώρα μας ένα τυπικό αιολικό πάρκο μεσαίου-μεγάλου μεγέθους συγκροτείται από περίπου είκοσι (20) μηχανές. Το συγκεκριμένο αιολικό πάρκο έχει αρκετά μεγάλη ιστορία, καθώς τέθηκε για πρώτη φορά σε λειτουργία την περίοδο σε περιοχή με ιδιαίτερα υψηλό αιολικό δυναμικό, παρουσίασε όμως προβλήματα αντοχής των πτερυγίων των μηχανών του με αποτέλεσμα τη διακοπή της λειτουργίας του για περισσότερα από πέντε έτη. Οι μηχανές επισκευάσθησαν με αντικατάσταση των πτερυγίων τους και έκτοτε ( ) λειτουργούν με ικανοποιητική απόδοση, βλέπε σχήμα 7. ΜΑΚΡΟΧΡΟΝΙΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΦΟΡΤΙΟΥ ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ ΤΟΠΛΟΥ ΚΡΗΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΣΤΟ ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ ΤΟΠΛΟΥ ΚΡΗΤΗΣ 4 10 CF 35% 3 25% 2 15% 1 5% ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ Σχήμα 7: Συντελεστής φορτίου μηχανών Σχήμα 8: Συγκριτική παραγωγή μηχανών Αντίστοιχα, εξετάζοντας τη σχετική ενεργειακή απόδοση των μηχανών για διάστημα μεγαλύτερο των τριών (3) ετών, παρατηρείται μια αρκετά ενδιαφέρουσα κατανομή της ενεργειακής τους παραγωγής, σχήμα 8, δεδομένου ότι οι μηχανές 2, 8, 12 και 17 παρουσιάζουν μειωμένη ενεργειακή παραγωγή σε σχέση με τη μηχανή 4 κατά περίπου 2. Βέβαια το ποσοστό αυτό είναι σαφώς χαμηλότερο από το αντίστοιχο του αιολικού πάρκου της Σάμου, σχήμα 4. Στη συνέχεια κατατάσσοντας τις μηχανές κατά φθίνουσα ενεργειακή παραγωγή παρουσιάζεται η μεταβολή της ενεργειακής παραγωγής με την αύξηση του αριθμού των μηχανών, σχήμα 9. Από τα αποτελέσματα των υπολογισμών προκύπτει ότι πράγματι καταγράφεται μια σταδιακή μείωση της ενεργειακής παραγωγής ή του βαθμού απόδοσης του αιολικού πάρκου συναρτήσει του αριθμού των εγκατεστημένων ανεμογεννητριών, η οποία όμως δεν διαφοροποιείται ιδιαίτερα με την αύξηση του πλήθους των μηχανών. Επιπροσθέτως, η μεταβολή του αρχικού κόστους της εγκατάστασης ακολουθεί αυτήν της

6 ενεργειακής παραγωγής, υπογραμμίζοντας ότι οι εμφανιζόμενες οικονομίες κλίμακας αντισταθμίζουν σε μεγάλο βαθμό την πτώση της ενεργειακής παραγωγής λόγω της συσσώρευσης μηχανών σε περιορισμένο γεωγραφικά χώρο. Η άποψη αυτή ενισχύεται και από το ανηγμένο κόστος παραγωγής ηλεκτρικής-αιολικής ενέργειας (για εικοσαετή περίοδο λειτουργίας), το οποίο εμφανίζει αρχικά σημαντική μείωση με την εγκατάσταση έως και της 5 ης μηχανής, σχήμα 10. Ακολούθως, καταγράφεται μια σταθεροποίηση του κόστους ηλεκτροπαραγωγής και μόνο μετά την 15 η μηχανή διαφαίνεται μια αξιόλογη αυξητική τάση. 17 ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ - ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΜΕΓΕΘΩΝ ΜΕ ΤΟΝ ΑΡΙΘΜΟ ΤΩΝ ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ (ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ ΤΟΠΛΟΥ ΚΡΗΤΗΣ) 1,005 ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΚΟΣΤΟΥΣ ΗΛΕΚΤΡΟΠΑΡΑΓΩΓΗΣ (ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ ΤΟΠΛΟΥ ΚΡΗΤΗΣ) ΑΝΗΓΜΕΝΑ ΜΕΓΕΘΗ ΑΔΙΑΣΤΑΤΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΔΙΑΣΤΑΤΟ ΚΟΣΤΟΣ ΕΠΕΝΔΥΣΗΣ ΓΡΑΜΜΗ ΣΥΓΚΡΙΣΗΣ ΑΔΙΑΣΤΑΤΟ ΚΟΣΤΟΣ 1,000 0,995 0,990 0,985 0, , Σχήμα 9: Μεταβολή ενεργειακών-οικονομικών μεγεθών με το πλήθος των μηχανών 0, Σχήμα 10: Κόστος αιολικής ηλεκτροπαραγωγής Συνοψίζοντας, σε κάθε περίπτωση που εξετάσθηκε είναι προφανής η επίδραση του αριθμού των εγκατεστημένων μηχανών στην ενεργειακή παραγωγή αλλά και τη γενικότερη οικονομική συμπεριφορά ενός αιολικού πάρκου. Και στις δύο περιπτώσεις, που παρουσιάσθησαν εδώ, καταγράφεται σημαντική μείωση της ενεργειακής παραγωγής κατά την προσθήκη αιολικών μηχανών σε σχέση με μια αντίστοιχη παραγωγή αναφοράς. Με την προαναπτυχθείσα μεθοδολογία εντοπίζεται εκείνος ο αριθμός των ανεμογεννητριών, ο οποίος ελαχιστοποιεί το κόστος ηλεκτροπαραγωγής και σε κάθε περίπτωση μπορεί να εκτιμηθεί το οριακό κέρδος της επένδυσης για κάθε νέα προστιθέμενη μηχανή. Συνεπώς, είναι πλέον προφανές ότι δεν αποτελεί σωστή επενδυτική επιλογή η προσπάθεια μεγιστοποίησης του αριθμού των προς εγκατάσταση αιολικών μηχανών σε συγκεκριμένη περιοχή, αλλά θα πρέπει να προσδιορίζεται ο άριστος αριθμός προς εγκατάσταση μηχανών, ο οποίος ικανοποιεί ένα προκαθορισμένο κριτήριο αριστοποίησης, π.χ. ελάχιστο κόστος παραγωγής. Επιπλέον, υπογραμμίζεται η ανάγκη προσεκτικής χωροθέτησης αιολικών μηχανών ώστε αφενός να αποφεύγονται σημαντικές διαφοροποιήσεις στην ενεργειακή παραγωγή μεμονωμένων μηχανών, αφετέρου να εξασφαλίζεται ένας υψηλός βαθμός απόδοσης του αιολικού πάρκου. 4. ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΧΩΡΟΘΕΤΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ Η εμπειρία από την ανάλυση σημαντικού αριθμού ήδη εν λειτουργία αιολικών πάρκων μεταφέρεται στη χωροθέτηση ενός νέου αιολικού πάρκου στην περιοχή της Ν. Πελοποννήσου. Σκοπός της παρούσας ανάλυσης είναι η βέλτιστη χωροθέτηση συγκεκριμένου τύπου αιολικών μηχανών (E-48, 800kW) σε προκαθορισμένη περιοχή. Η επιλογή των συγκεκριμένων μηχανών έγινε με διαφορετικά κριτήρια και δεν εμπίπτει στους σκοπούς της παρούσας ανάλυσης. Χρησιμοποιώντας μακροχρόνιες μετρήσεις σε ύψος 10m, 20m και 30m και με τη βοήθεια κατάλληλου "εμπορικού" λογισμικού, το οποίο έχει προσαρμοσθεί στις απαιτήσεις της συγκεκριμένης τοπογραφίας, εκτιμάται το αναμενόμενο αιολικό δυναμικό της υποψήφιας περιοχής, σχήμα 11. Στη συνέχεια εξετάζονται διάφορες επιλογές χωροθέτησης των υποψήφιων μηχανών, που σύμφωνα με τον αρχικό σχεδιασμό και την άδεια του αιολικού πάρκου περιλαμβάνουν την εγκατάσταση δώδεκα (12) μηχανών. Στο

7 σχήμα 12 παρουσιάζονται ορισμένα από τα τελικά σχέδια χωροθέτησης των εν λόγω μηχανών, σημειώνοντας ότι μετά από προσεκτική ανάλυση των διαθέσιμων στοιχείων επετεύχθη αύξηση της αναμενόμενης ενεργειακής παραγωγής μεταξύ του αρχικού και του τελικά επιλεχθέντος σχεδίου χωροθέτησης περίπου ίση με 5%. Σχήμα 11: Αιολικό δυναμικό στην υπό μελέτη περιοχή Σχήμα 12: Χωροθέτηση αιολικών μηχανών (αρχική με κόκκινο, τελική με γαλάζιο) 10 ΣΧΕΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΣE NEO ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ 1,01 ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΚΟΣΤΟΥΣ ΗΛΕΚΤΡΟΠΑΡΑΓΩΓΗΣ (ΝΕΟ ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ) ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΔΙΑΣΤΑΤΟ ΚΟΣΤΟΣ 1,00 0,99 0,98 0,97 0,96 0, Σχήμα 13: Συγκριτική παραγωγή μηχανών Σχήμα 14: Κόστος αιολικής ηλεκτροπαραγωγής Όμως, μετά και από την "άριστη" χωροθέτηση των δώδεκα υποψήφιων αιολικών μηχανών, εντοπίζεται (σχήμα 13) σημαντική ανομοιομορφία στην ετήσια ενεργειακή παραγωγή, καθώς οι μηχανές 1 και 2, αλλά και οι 3 και 12 σε μικρότερο βαθμό, υπολείπονται σημαντικά ως προς την απόδοση της μηχανής 9. Συνυπολογίζοντας στη συνέχεια και τη συμπίεση του κόστους εγκατάστασης λόγω των αναμενόμενων οικονομιών κλίμακας, προκύπτει η ιδιαίτερα αποκαλυπτική διανομή του κόστους αιολικής ηλεκτροπαραγωγής του σχήματος 14. Πράγματι, βάσει των στοιχείων του σχήματος 14 καταγράφεται αρχικά αξιόλογη μείωση του κόστους παραγωγής καθώς αυξάνεται ο αριθμός των προς εγκατάσταση μηχανών από μια (1) σε οκτώ (8) μηχανές, αξιοποιώντας τις οικονομίες κλίμακας αναφορικά με το κόστος εγκατάστασης. Στη συνέχεια, η προσθήκη επιπλέον μηχανών περιορίζει την ενεργειακή παραγωγή της εγκατάστασης σε βαθμό που υπερκαλύπτει τις όποιες οικονομίες κλίμακας, με αποτέλεσμα να καταγράφεται αύξηση του κόστους παραγωγής. Η αύξηση αυτή γίνεται ιδιαίτερα έντονη για τις τελευταίες δύο μηχανές, υποδεικνύοντας έμμεσα ότι δεν είναι

8 σκόπιμη η εγκατάσταση δώδεκα (12) αλλά οκτώ έως δέκα (8-10) μηχανών στην υπό μελέτη περιοχή. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Η συστηματική εξέταση μακροχρόνιων ενεργειακών στοιχείων εν λειτουργία αιολικών πάρκων έδειξε ότι η επιτυχής χωροθέτηση των μηχανών σε ένα αιολικό πάρκο συντελεί σε μεγάλο βαθμό στην αξιοποίηση του διαθέσιμου αιολικού δυναμικού και στην αύξηση της ενεργειακής παραγωγής. Αντιθέτως, η προσπάθεια τοποθέτησης προκαθορισμένου αριθμού μηχανών συχνά οδηγεί σε χαμηλή ενεργειακή απόδοση τη συνολική εγκατάσταση, περιορίζοντας και τα αναμενόμενα οφέλη από τις αντίστοιχες οικονομίες κλίμακας. Στα πλαίσια αυτά η παρούσα εργασία υπογραμμίζει την ανάγκη επιλογής και βέλτιστης χωροθέτησης εκείνου του αριθμού μηχανών, που θα εγκατασταθούν σε δεδομένη γεωγραφική έκταση, με στόχο τη μεγιστοποίηση του τελικού οικονομικού αποτελέσματος της επένδυσης και όχι τη μεγιστοποίηση της εγκαθιστάμενης αιολικής ισχύος. Για το σκοπό αυτό παρουσιάσθηκε μια ολοκληρωμένη μεθοδολογία, η οποία, όπως αποδεικνύουν και τα αποτελέσματα εφαρμογής της, μπορεί να αποτελέσει τη βάση για την επιτυχή σχεδίαση οποιουδήποτε νέου αιολικού πάρκου. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. EWEA, "Wind power continues to grow in the EU", στο Kaldellis J.K., "Feasibility Evaluation of Greek State Wind Energy Program", Energy Journal, Vol.28/14, pp , Καλδέλλης Ι.Κ., "Διαχείριση της Αιολικής Ενέργειας", 2 η Έκδοση, Αθ. Σταμούλης, Αθήνα, Καλδέλλης Ι.Κ., Καββαδίας Κ., Παλιατσός Αθ., "Προβλήματα Χωροθέτησης Εγκαταστάσεων Ηλεκτροπαραγωγής: Η Περίπτωση των Αιολικών Πάρκων", 7 ο Πανελλήνιο Γεωγραφικό Συνέδριο, Μυτιλήνη, Οκτώβριος 2004, Kaldellis J.K., "An Integrated Time-Depending Feasibility Analysis Model of Wind Energy Applications in Greece", Energy Policy Journal Vol.30/4, pp , Μπεργελές Γ., "Ανεμοκινητήρες", Εκδ. Συμεών, Αθήνα, Christiansen M. B., Hasager Ch. B., "Wake effects of large offshore wind farms identified from satellite SAR", Remote Sensing of Environment, Vol.98/2-3, pp , Καλδέλλης Ι.Κ., Καββαδίας Κ.Α., "Υπολογιστικές Εφαρμογές Ήπιων Μορφών Ενέργειας: Αιολική Ενέργεια-Μικρά Υδροηλεκτρικά", Εκδόσεις Αθ. Σταμούλη, Αθήνα, Kaldellis J.K., Kavadias K.A., Filios A., Garofallakis S., "Income Loss due to Wind Energy Rejected by the Crete Island Electrical Network: The Present Situation", Journal of Applied Energy, Vol.79/2, pp , ΥΠΑΝ, "3 η Εθνική Έκθεση για το Επίπεδο Διείσδυσης Ανανεώσιμης Ενέργειας το έτος 2010", στο Kaldellis J.K., Vlachou D.S., Paliatsos A.G., "Twelve Years Energy Production Assessment of Greek State Wind Parks", Wind Engineering Journal, Vol.27/3, pp , Vlachou D., Messaritakis G., Kaldellis J., "Presentation and Energy Production Analysis of Commercial Wind Turbines", presented at 1999 European Wind Energy Conference and Exhibition, pp , Nice, France, Kaldellis J.K., Gavras T.J., "The Economic Viability of Commercial Wind Plants in Greece. A Complete Sensitivity Analysis", Energy Policy Journal, vol.28, pp , 2000.