Institutionen för geovetenskaper

kursöversiktIcon_s
Kursöversikt

Vindenergi & ekonomi

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?

Föreläsning "Global Properties", Hans Bergström, Uppsala universitet

SMHI "Vind i Sverige”

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.

 

 

Vindens betydelse

Geostrofiska vindar

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.

Friktion mot markyta
Topografi
Vindprofil

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.

modul1_19_wind turbine

Hur mycket el produceras?

06_produktionsberakning_bild

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.

vindkraftverkVertikalt

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.
08_slutresultatBild

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.

Skrolla till toppen

Genom att fortsätta använda denna webbplats godkänner du användandet av kakor / cookies. Mer information

Dina cookie-inställningar för denna webbplats är satt till ”tillåt cookies” för att ge dig den bästa upplevelsen. Om du fortsätter använda webbplatsen utan att ändra dina inställningar för cookies eller om du klickar ”Godkänn” nedan så samtycker du till detta.

Stäng