Tillbaka till: Vindkraftskurs
Lärandemål
När du som handläggare får in en ansökan för ett vindkraftsprojekt är det bra att veta lite mer vindresurser för att förstå den föreslagna placeringen bättre.
Genom att ta del av detta moment ska du
- få en inblick i ett områdes förutsättningar för vindenergiproduktion beträffande terräng, topografi och vindförhållanden etc.
- kunna förstå resultat från produktionsberäkningar
- få inblick i hur man kan göra ekonomiska kalkyler för en projektering samt vilka parametrar som har betydelse i sådana kalkyler
Hur uppstår vinden?
Solen värmer jorden och då uppstår temperaturskillnader, vilket i sin tur ger skillnader i lufttryck mellan olika platser.
Vinden uppkommer av att luftmassor rör sig från områden med högre lufttryck till områden med lägre lufttryck för att jämna ut skillnaderna.
Klicka dig fram i bilden nedan för att lära dig mer.
Hadley cells
Den vertikala cirkulationen med Hadleycellerna är avgörande för den globala cirkulationen av luftströmmarna.
Varm luft stiger uppåt från ekvatorn och en del rör sig mot de högre latituderna och de subtropiska högtrycken där och en del går tillbaka mot ekvatorns konvergensbälte, där luftströmmen då kallas passadvindar.
Västvindsbältet
Sverige påverkas i hög grad av det så kallade västvindsbältet som orsakas av att lågtryck bildas över Atlanten och sedan rör sig i nordortlig riktning upp över Storbritannien och Skandinavien. Västvindbältet leder till att vi ofta har vindar som blåser från väst eller sydväst, det är med andra ord den förhärskande vindriktningen. Påtagligast är dessa vindriktningar i södra Sverige, i norr varierar vindriktningen betydligt mer.
Föreläsning "Global Properties", Hans Bergström, Uppsala universitet
Vindresurser i Sverige
MIUU Kartering
MIUU-karteringen ligger till grund för Energimyndighetens urval av platser till Riksintressen för vindbruk. Den ger en grov uppskattning om var vi har bra vindresurser i Sverige.
Den innehåller årsmedelvindar med en upplösning på rutor om 500 m gånger 500 m och beräknades för sju olika höjder från 80 till 140 meter över marknivå för den nationella vindkarteringen. Fler uppgifter kan fås genom kontakt med Uppsala universitet. Mer information finns under Nationell vindkartering hos Energimyndigheten.
New European Wind Atlas (NEWA) visar årsmedelvindar med en upplösning på rutor om 3 km gånger 3 km vid olika höjder. Man kan också ladda ner tidsserier av vinddata för vidare analyser.
Klicka dig fram i bilden bredvid för att få veta mer om vindhastigheterna.
3,5 - 7,0 meter per sekund
I de här färgområdena är vindarna förmodligen för låga att bedriva lönsamt vindbruk.
Ökande tornhöjder ger möjlighet för vindkraftverket att utnyttja högre vindhastigheter.
7,0 - 9,5 meter per sekund
Detta är områden som kan vara värdefulla att försöka utnyttja i så stor utsträckning som möjligt för att utvinna energi. Vindar längs kuster och till havs är de med högst årsmedelvindar. Där ingår även Vänern och andra öppna vattenspeglar. Det blåser också bra i inlandet och högre tornhöjder kan möjliggöra större områden med goda vindresurser.
Vindar inom de här färgområdena kan vara bra för vindkraftslokalisering. Var som helst inom dessa områden med lämplig terräng kan det vara rimligt för en projektör att satsa på att göra vindmätningar för att utreda vindresursen.
I den kommunala översiktsplaneringen är det bra för planeraren att vara medveten om var dessa områden finns i kommunen.
Var ett vindkraftsprojekt lokaliseras avgörs även av kostnadsfaktorer. Ett projekt till havs blir dyrare än ett projekt på land.
Vindens betydelse
Vindar på högre höjder påverkas i stort sett bara av skillnader i lufttryck och jordens rotation.
Markens beskaffenhet har mycket liten påverkan på vindarna i dessa övre luftskikt. Sådana vindar benämns geostrofiska vindar och återfinns vanligen på 500 till 1 000 meters höjd över marken och uppåt.
Vind blir till el
Hos dagens vindkraftverk ligger de vanligaste verkningsgraderna på ett effektuttag av vindenergin mellan 35-55 %.
Ett modernt vindkraftverk uppnår sin fulla effekt vid 12-15 m/s och håller i stort sett samma effekt upp till vindkraftverkets stoppläge, vid 24-25 m/s.
Vindkraftverkets uppbromsning och omformning av vinden börjar en bit framför vindkraftverket och fortsätter sedan efter vindkraftverket, innan vinden återtar sin ursprungliga form och riktning.
Det man numera kallar för Betz’ lag innebär att det i teorin skulle vara möjligt att maximalt utvinna ca 59,3 % (16/27) av vindens energi i ett vindkraftverk. Rörelseenergi blir till elektrisk energi.
Hur mycket el produceras?
Hur beräknas elproduktionen?
Det här är Nils-Erik som är vindkraftsprojektör. Han undersöker förutsättningar för två olika utformningar av en vindkraftspark. Vindkraftsparken ligger i ett slättområde med lägre vegetation, dungar av träd och en del gårdar.
Nils-Erik behöver först ta reda på vad vindkraftsparken kommer att producera vid de olika utformningarna. Han börjar med att göra en preliminär elproduktionsberäkning.
Båda utformningar har 12 vindkraftsverk. Varje verk en rotordiameter på 136 meter och en kapacitet på 3,45 MW vilket ger en sammanlagd kapacitet för vindkraftsparken på 41,4 MW. Nils-Erik räknar med 20 års driftstid. Utformning 1 har en navhöjd på 150 meter och 218 meters totalhöjd. Utformning 2 har en navhöjd på 100 meter och 168 meters totalhöjd.
Beräkning av elproduktion
Bedömning av vindresurser och möjlig elproduktion på en plats kan göras med olika noggrannhet beroende på syftet. I den enklaste bedömningen tar man reda på medelvindhastigheten vid navhöjd med hjälp av en vindkartering. Vid mer utförliga undersökningar kan man ta hjälp av beräkningsprogram såsom WaSP eller WindSim. Då behöver man veta terrängens råhet och höjd samt historiska mätdata. Vindhastighet, vindriktning, temperatur, lufttryck och turbulens vid olika höjder ingår i dessa mätdata och i vissa fall även risk för isbildning.
Terrängen spelar stor roll för hur mycket av vindens energi som kan utvinnas. Vinden bromsas av vegetation, hus och andra hinder och förlorar på så sätt energi. Ju högre och tätare vegetation, hus och hinder är desto mer bromsas vinden. Kullar och dalar kan accelerera vinden och mer energi kan tas upp. Högre upp från marken avtar den bromsande effekten. Därför kommer vindkraftverkets höjd att ha inverkan på den årliga produktionen. Andra faktorer som påverkar är hur kuperad terrängen är och väderförhållanden.
Produktionsberäkningarna för de två vindkraftsparkerna 1 och 2, visar hur höjden på vindkraftverken påverkar produktionen. Produktiviteten ökar med vindkraftverkens höjd.
Vindkraftverkets höjd
När vindkraftverkens totalhöjd ökar från 168 till 218 meter, ökar även den årliga produktionen.
Ökningen i produktiviteten mellan den lägre och högre vindkraftsparken är 17 % Denna ökning är betydelsefull och kan göra att vindkraftsparken blir lönsam.
Teknikutvecklingen med högre vindkraftverk medför att mer energi kan utvinnas på samma plats. Högre vindkraftverk kan ha längre rotorblad och större generator vilket medför att mer energi kan utvinnas på samma plats. Då behövs färre vindkraftsverk och mindre ytor vilket bidrar till mindre miljöpåverkan för att producera samma mängd elenergi. Nackdelen med högre vindkraftverk är att den visuella påverkan kan öka.
Vid högre navhöjd och större rotor kan mer energi omvandlas till el. Då behövs det färre vindkraftsverk för att producera samma mängd el.
Terrängens påverkan
Slutresultat av produktionsberäkningar
Produktionsberäkningarna tyder på att utformningen av vindkraftspark 1 (blå) kommer att producera mer än vindkraftspark 2 (röd). Nils-Erik går vidare i nästa steg och utreder den ekonomiska kalkylen för respektive utformning.
Nils-Eriks preliminära produktionsberäkningar visar att
- Vindkraftspark 1, med beräknad produktion 197 GWh, försörjer ca 39 400 villor med hushållsel eller 9850 villor med eluppvärmning.
- Vindkraftspark 2, med beräknad produktion 168 GWh, försörjer ca 33 600 villor, med hushållsel eller 8400 villor med eluppvärmning.
Ekonomisk kalkyl
Förutsättningar för en god ekonomi i ett vindkraftsprojekt avgörs till största delen av vindresurser, kapital-, drifts- och finansieringskostnader, samt vindkraftsparkens livslängd.
Ett vindkraftverk ska anpassas till platsen med avseende på vindklass, navhöjd och längd på rotorbladen och många andra designdetaljer, vilka alla utgör olika kostnadsfaktorer.
Klicka på Verk 1 och 2 för att se Nils-Eriks ekonomiska kalkyl som är baserad på förutsättningar från 2019.
Intäkter
Intäkterna bestäms av hur mycket elenergi som produceras, d.v.s. hur många kilowattimmar (kWh) som levereras till elnätet, samt på elpriset.
Elpriser
På elmarknaden Nord Pool Spot visas elpriser dagligen. Priset bestäms av tillgång och efterfrågan som varierar från timme till timme. Sedan den 1 november 2011 finns i Sverige fyra olika elområden som har olika prissättning. Priserna kan följas på Nord Pools Spotmarknad.
Elcertifikatpriser
Elcertifikatsystemet i Sverige stödjer förnybar elproduktion genom att producenten får ett certifikat för varje producerat MWh el. Certifikatet säljs sedan på en marknad där elhandelsbolag köper in en av riksdagen specificerad kvot av certifikat.
Stoppdatum för att kunna ansluta sig till systemet är den 31 december 2021 och det räcker som längst i 15 år.
Ett överskott av certifikat har lett till låga elcertifikatpriser som i sin tur beror på en lägre konsumtion av och stor utbyggnad de senaste åren, vilket gör att tillskottet från elcertifikaten är obetydliga i kostnadskalkylen.
Mer om elcertifikatsystemet och priser läser du nedan.
Produktion
Årsproduktionen hos ett vindkraftverk bestäms av vindkraftverkets prestanda och hur mycket det blåser. Med rådande (juni 2021) låga el- och elcertifikatpriser är det endast projekt i de allra bästa vindlägen som blir lönsamma. Vindkraftsägaren får betalt för varje producerad kilowattimme på el- och elcertifikatmarknaden.
Totala intäkter
Vindkraftproducenten säljer sin el på elmarknaden och sina elcertifikat på certifikatmarknaden. De utgör tillsammans intäkterna som producenten får.
Intäkterna från elproduktion var omkring 44 öre per kWh i augusti 2019 och beräknades vara ca 33 öre per kWh för kostnadskalkylen.
Produktionskostnader
Produktionskostnader för vindkraft har sjunkit betydligt under de senaste åren. Beräkningar baserade på den historiska kostnadsutvecklingen visar en reduktion motsvarande 16 procent under perioden 2016–2020, varför produktionskostnad för vindkraft antas uppgå till cirka 0,36 kr/kWh år 2020.
Vindens energi
Vindkraftpark/utformning 1 har lägre navhöjd, 100 m istället för 150 m, och får då en lägre medelvind på 7,4 m/s vilket också ger en lägre elproduktion. Beräkningen av inkomster och utgifter visar att denna vindkraftspark har svårt att bli lönsam.
Vindkraftspark/utformning 2 har en högre navhöjd, 150 m i stället för 100 m, och får då en högre medelvind på 8,2 m/s vilket också ger en högre elproduktion. Beräkningen av inkomster och utgifter visar att vindkraftsparken har möjlighet att bli lönsam.
För att vidare undersöka möjlighet till lönsamhet vid olika förhållande har man gjort känslighetsanalyser för de två olika vindkraftsparkerna/utformningarna.
När man gör en ekonomisk kalkyl görs också många antaganden. Det innebär att beräkningen har en osäkerhet eftersom man inte vet hur framtiden blir. Därför undersöks olika scenarier för att kunna ta hänsyn till eventuella förändringar i de antaganden som används för analysen. Det är vanligt att ta fram ett grundscenario och jämföra olika scenarier med det.
Tabellen nedan visar i 1A hur förändring av vindhastighet kan ändra den beräknade NPV för projektet. Om NPV bli positivt så visar det på lönsamhet och ett negativt resultat tyder på olönsamhet. I tabellen markeras de ändringar jämfört med grundscenariot med en gul överstrykning.
De olika faktorer som har undersökts är:
- Vindhastighet
- Elpris
- Livslängd/driftstid
- Kapitalkostnader
- Drift- och underhållskostnader
- Finansieringsvillkor
Tabellerna nedan visar känslighetsanalysen för vindkraftspark/utformning 1 och 2 samt beskrivningar hur de olika faktorerna har ändrats för de olika fallen.
Vindkraftspark 1
Vindkraftspark 2
I tabell 1 och 3 samt tabell 2 och 4 ovan kan vi se vilka faktorer som har ändrats och hur lönsamheten ändras för vindkraftspark 1 och 2 respektive. Vi ser hur dessa ändringar påverkar lönsamheten i tabell 2 och 4.
För den första vindkraftsparken har vi undersökt hur ökad vindhastighet, ökat elpris, längre driftstid, minskade kapital-, drift- och underhållskostnader påverkar lönsamheten. För ökad vindhastighet, ökat elpris och minskade kapitalkostnader samt för bästa fallet ser vi en möjlig lönsamhet. För den andra vindkraftsparken som är lönsam i basfallet har vi undersökt hur minskad vindhastighet, minskat elpris, längre driftstid, minskade kapital-, drift- och underhållskostnader påverkar lönsamheten. Här ser vi att minskad vindhastighet och minskat elpris samt det sämsta fallet inte är lönsamma längre.
Det är endast på platser med mycket goda vindresurser som vindkraftsparker har möjlighet att bli lönsamma.
Nils-Erik kommer fram till att endast den högre vindkraftsparken med totalhöjd av 218 meter är lönsam, se positivt NPV (Net present value eller nettonuvärde), i den ekonomiska kalkylen med de låga elhandels och elpriser som finns idag. Branschen bygger ofta vindkraftparker med högre totalhöjd för att få en lägre kostnad per kWh.
Endast vindkraftparker med de allra bästa förutsättningar kan bli lönsamma idag, såsom vi har sett under Produktionskostnader.
Bra jobbat! Detta markerar slutet på modul 1.