بخشی از مقاله
چکیده
با افزایش مصرف انرژی در جهان و از طرفی کاهش منابع سوختی فسیلی، استفاده از انرژیهای نو، بهعنوان رکنی از شبکههای الکتریکی هوشمند، ازجمله انرژی بادی از اهمیت بسزایی برخوردار شده است. در حال حاضر در جهان هزینه سرمایهگذاری در بخش انرژی های تجدید پذیر کاهشیافته است و انرژی های تجدید پذیر نظیر انرژی باد،خورشید،زیستی و غیره میتوانند جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی باشد. انرژی بادی یکی از پررونقترین انرژی های نو در سطح جهان هست. دلیل این امر، در دسترس بودن آن و کاهش منابع سوخت فسیلی میباشد. در این مقاله به بررسی جنبه های مرتبط با مباحث زیستمحیطی و بار اقتصادی نظیر هزینههای احداث و سرمایهگذاری احداث نیروگاههای بادی و مقایسه این هزینهها باقیمتهای برق تمامشده انرژیهای سوخت فسیلی و سایر انرژیهای نو مطرحشده در سطح دنیا پرداختهشده است.
واژه های کلیدی : انرژی باد، وجوه اقتصادی، انرژی تجدید پذیر،محیطزیست،سوخت فسیلی
مقدمه
انرژی در حیات اقتصاد صنعتی جوامع، نقش زیر بنائی را ایفا میکند، به این معنا که هرگاه انرژی به مقدار کافی و بهموقع در دسترس باشد توسعه اقتصادی نیز میسر خواهد بود .فناپذیری سوختهای فسیلی، تنوعبخشی به منابع انرژی، توسعه پایدار ایجاد امنیت انرژی، مشکلات زیستمحیطی ناشی از مصارف انرژی فسیلی ازیکطرف و تجدید پذیر بودن منابع انرژیهای نو نظیر خورشید، باد، زیستتوده از طرف دیگر باعث توجه جدی جهانیان به توسعه و گسترش استفاده از انرژی های تجدید پذیر و افزایش سهم این منابع در سبد انرژی جهانی شده است. ازآنجایی که نگرانیها در مورد تغییرات آب و هوایی، افزایش قیمتهای سوخت های فسیلی، و افزایش امنیت انرژی، در حال رشد است، زمینه منابع انرژیهای تجدید پذیر موردعلاقه در سراسر جهان است.
یکی از بسترهایی که شبکههای الکتریکی هوشمند فراهم میکند بهرهوری مدیریتشده و بهینه از منابع تجدید پذیر انرژی بهعنوان منابعی پاک برای کاهش ردپای انسانی موجود در طبیعت است. به عنوان مثال، انرژی بادی بهعنوان یکی از مهمترین و در دسترس ترین انرژیهای نو به شمار میآید ، بهطوری که در ایالات متحده در سهماهه چهارم سال 2011 تولید انرژی بادی چندین برابر شده است 4]،[3 و روشهای زیادی برای طراحی شبکههای توربین بادی ارائه گشته است .[5] اهمیت شبکههای الکتریکی هوشمند زمانی هویدا میشود که کاربرانی که از توربین های بادی برای مصرف خود بهره میبرند در مواقعی میتوانند تولید برق خود را به شبکه تزریق و آن را به فروش برسانند. در شکل 1 نمونه از ساختاری تزریق انرژی الکتریکی حاصل از مزارع بادی به شبکه برق نشان دادهشده است.
شکل 1 ساختاری از تزریق انرژی الکتریکی حاصل از مزارع بادی به شبکه
گرفتن انرژی از باد به دوران بلوغ خود رسیده است امروزه تولید الکتریسیته از باد واقعاً ارزانتر از تولید الکتریسیته در نیروگاههای زغال سنگی یا هستهای میباشد.[7]بحران نفتی سال 1973 میلادی باعث ایجاد تمایلات جدیدی درزمینهفنّاوری انرژی باد جهت تولید برق متصل به شبکه،پمپاژ آب و تأمین انرژی الکتریکی نواحی دورافتاده گردید و فنّاوری توربین بادی بهطور قابلملاحظهای پیشرفت کرد.در سالیان اخیر مشکلات زیستمحیطی و مسئله تغییر آب وهوای کره زمین به علت استفاده از منابع انرژی فسیلی علایق انرژی های تجدید پذیر را تشدید کرده است.استفاده از انرژی باد
دارای مزایای اقتصادی نظیر ایجاد فرصتهای شغلی جدید و کاهش نیاز به دیگر منابع انرژی،کاهش ریسک ناشی از تغیر قیمت سوخت و آلایندگی زیستمحیطی کمتر در مقایسه با منابع انرژیهای فسیلی میباشد.[8]
ادبیات تحقیق انرژی باد
هنگامی که تابش خورشید بهطور نامساوی به سطوح ناهموار زمین می رسد سبب ایجاد تغییرات در دما و فشار میگردد و در اثر این تغییرات باد به وجود میآید.همچنین اتمسفر کره زمین به دلیل حرکت وضعی زمین، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد. که این امر نیز باعث به وجود آمدن باد میگردد. جریانات اقیانوسی نیز بهصورت مشابه عمل نموده و عامل %30 انتقال حرارت کلی در جهان می باشند. در مقیاس جهانی این جریانات اتمسفری بهصورت یک عامل قوی جهت انتقال حرارت و گرما عمل می نمایند. دوران کره زمین نیز میتواند در برقراری الگوهای نیمه دائم جریانات سیارهای در اتمسفر، انرژی مضاعف ایجاد نماید.تغییرات سرعت باد، ساعتی ، روزانه و فصلی بوده و متأثر از هوا و توپوگرافی سطح زمین می باشد. بیشتر منابع انرژی باد در نواحی ساحلی و کوهستانی واقعشدهاند.
توزیع جهانی باد :
به طورکلی جریان باد در جهان دارای دو نوع توزیع میباشد: الف - جریان چرخشی هادلی1بین عرض های جغرافیایی 30 درجه شمالی و 30 درجه جنوبی ، هوای گرم شده در استوا به بالا صعود کرده و هوای سردتری که از شمال و جنوب میآید جایگزین آن می شود. این جریان را چرخش هادلی مینامند. در سطح کره زمین این جریان بدین معنی است که بادهای سرد بهطرف استوا میوزند و از طرف دیگر هوایی که در 30 درجه شمالی و 30 درجه جنوبی به پایین میآید خیلی خشک است و به دلیل آنکه سرعت دوران زمین در این عرضهای جغرافیایی بهمراتب کمتر از سرعت دوران زمین در استوا است، به سمت شرق حرکت میکند. معمولاً در این عرضهای جغرافیایی نواحی بیابانی مانند صحرا قرار دارند.
ب- جریان چرخش راسبی2 بین عرضهای جغرافیایی 30 درجه شمالی - جنوبی - و 70 درجه شمالی - جنوبی - عمدتاً بادهای غربی در جریان هستند. این بادها تشکیل یک چرخش موجی را میدهند و هوای سرد را به جنوب و هوای گرم را به شمال انتقال میدهند. این الگو را جریان راسبی مینامند.یک برآورد کلی اینگونه میگوید که 72 تراوات انرژی باد بر روی زمین وجود دارد که پتانسیل تبدیل به انرژی الکتریکی را دارد و این مقدار قابل ترقی نیز هست.[9]
پتانسیل انرژی باد
پتانسیل انرژی باد بهعنوان یک منبع قدرت در مناطق مختلف و بر اساس اطلاعات موجود در مورد منابع باد قابلدسترس در هر منطقه موردمطالعه قرارگرفته است.
پتانسیل مربوط به منابع باد بهطورکلی به پنج دسته تقسیم میشود:
· پتانسیل هواشناسی: این پتانسیل بیانگر منبع انرژی باد در دسترس میباشد.
· پتانسیل محلی: این پتانسیل بر مبنای پتانسیل هواشناسی بناشده ولی محدود به محل هایی است که ازنظر جغرافیایی برای تولید انرژی در دسترس هستند.
· پتانسیل فنی: این پتانسیل با در نظر گرفتن نوع تکنولوژی در دسترس - کارایی، اندازه توربین و - … از پتانسیل محلی محاسبه میشود.
· پتانسیل اقتصادی: این پتانسیل، استعداد بالقوه فنی است که بهصورت اقتصادی و بر پایه سیاستهای اقتصادی قابل تحقق و اجرا است.
· پتانسیل اجرایی: این پتانسیل با در نظر گرفتن محدودیت ها و عوامل تشویقی برای تعیین ظرفیت توربین های بادی قابلاجرا در یک محدوده زمانی خاص تعیین میشود؛ مانند تعرفههای تشویقی که طبق سیاست های دولت های مختلف به تولیدکنندگان انرژی برق بادی حاصل از توربینهای بادی تخصیص داده میشود.
روششناسی محاسبه هزینه تمامشده مزارع توربین بادی در رویکرد اقتصادی محاسبه هزینه تمامشدهبرای هر فنّاوری تولید برق مبتنی بر کلنگری در دوره حیات آن طرح است. بهطوری که در این رویکرد کلیه هزینههای دوره بررسی شامل هزینههای دوره اجرا و بهرهبرداری در محاسبه هزینه تمامشده منظور می شوند. لازم به ذکر است به علت وقوع هزینهها در سالهای متفاوت و لزوم منظور نمودن ارزش زمانی پول در هزینه تمامشده، با استفاده از فنهای اقتصاد مهندسی، کلیه اقلام هزینه به قیمت سال مبنا تبدیلشده و در محاسبات وارد می شوند 7]،.[3 بر اساس بررسیهای انجام شده متداول ترین روش برآورد هزینه تمام شده برق در نیروگاهها، روش هزینه یکنواخت برق یا هزینه همتراز شده - LCOE - میباشد.
روش محاسبه : - LCOE -
هزینه یکنواخت یا همتراز شده برق، روشی مبتنی بر محاسبه ارزش فعلی هزینههای سرمایهگذاری و بهرهبرداری تولید برق در کل دوره عمر پروژه میباشد که در آن تولید یک کیلووات ساعت برق از تقسیم ارزش فعلی کل هزینههای انجامشده برای تولید برق تولیدی محاسبه میشد9]،.[4 رابطه - - 1 ، معادله اصلی جهت محاسبه هزینه همتراز شده برق است.
که در آن:
:LCOE هزینه یکنواخت یا همتراز شده برحسب سنت بر کیلو واتساعت
:It هزینه سرمایهگذاری به قیمت روز برحسب دلار بر کیلووات در سال t ام
: - O&M - t هزینه بهرهبرداری و تعمیر و نگهداری برحسب دلار بر کیلووات در سال t ام
:Ft هزینه سوخت برحسب دلار بر مگاوات ساعت در سالt ام :Ct هزینه انتشار کربن برحسب دلار بر تن دیاکسید کربن منتشرشده در سال t ام
:Et ا برحسب کیلووات ساعت برق تولید سالانه در سال :t سال
:n عمر اقتصادی نیروگاه برحسب سال
هزینههای سرمایهگذاری احداث
هزینه های سرمایهگذاری احداث شامل تمامی هزینههای طراحی، خرید لوازم موردنیاز، هزینههای ساختمانی و هزینههای نصب یک سیستم توربین بادی میگردد. بنابراین هزینههای عمده برای ایجاد یک مزرعه بادی شامل مواردی نظیر تجزیه وتحلیل ارزیابی منابع باد، گرفتن جواز و اختصاص بودجه، پایهریزی توربینهای بادی، هزینه ادوات و پستهای انتقال و هزینههای تعمیر و نگهداری هست. برای مزارع نیروگاه بادی از سال 1980 تا 1995 هزینههای نصب و راهاندازی یک کیلووات توان از 2500 دلار به 1000 دلار کاهشیافته است.
این هزینه ها به عوامل زیادی چون سختی ایجاد راه و ساختمانهای موردنیاز، توان نامی توربینها و غیره بستگی دارد. در جدول - 1 - هزینه ویژه احداث مزارع بادی، با توجه به توان نامی توربینهای مورد نصب، آورده شده است. همانطور که در جدول - 1 - مشاهده می گردد، هزینه ویژه احداث مزارع بادی با افزایش ظرفیت توربین های کاهش می یابد، لیکن این روند برای ظرفیتهای خیلی بالا معکوس می شود، که دلیل عمده آن دشواری ساخت اجزای مختلف توربین های بادی بزرگ هست. شایان به ذکر است که
هزینههای احداث پروژه های توربین بادی برای دو نوع نیروگاه بادی خشکی و بادی دریایی متفاوت میباشد.[10] هزینه سرمایهگذاری در سالهای مختلف از رابطه - 2 - محاسبه میشود.
که در آن:
:ITotal هزینه کل سرمایهگذاری برای تکنولوژی تولید برق در تمام مدتزمان مورداستفاده از آن هست کهمعمولاً برحسب دلار بر کیلووات ارزیابی میگردد.
:i نرخ تنزیل برحسب درصد
هزینه تولید سالانه مشتمل بر هزینههای ثابت و متغیر بهرهبرداری و هزینههای نگهداری و جایگزینی و هزینههای بیمه در دوره بهرهبرداری است .تأثیر سهم بدهیها و آورده در تأمین مالی از طریق اثر آن بر نرخ تنزیل با استفاده از روش متوسط وزنی هزینه سرمایه 3 - WACC - منظور میشود .متوسط وزنی هزینه سرمایه به مقدار آورده، بازده آورده، هزینه تأمین مالی و سهم منابع مالی در تأمین هزینههای سرمایهگذاری بستگی دارد.
همچنین به منظور قابل قیاس کردن نتایج، کل هزینهها و انرژی تولیدی در طول دوره پروژه به یک سال مبنا تنزیل میشوند.
هزینههای سرمایهگذاری دستگاههای بادی در جهان
در جدول - 2 - تفکیک هزینه های سرمایهگذاری برای سیستم های انرژی بادی خشکی و دریایی در کشورهای توسعهیافته در سال 2011 برحسب دلار بر کیلووات بیانشده است.[10]
