RETScreen Software. Online manuál pro uživatele. Model projektů větrné energie

Transkript

1 RETScreen Software Online manuál pro uživatele Model projektů větrné energie

2 Prostředí Tento dokument slouží jako tištěná verze RETScreen Software online uživatelského manuálu, jež je nedílnou součástí softwaru RETScreen. Online uživatelský manuál je podpůrným souborem v rámci zmiňovaného softwaru. Uživatel si automaticky nahraje tento online uživatelský manuál v okamžiku stahování RETScreen softwaru do svého počítače. Kopírování Tento dokument může být kopírován jako celek nebo jen jeho část v jakékoliv formě pro výukové nebo neziskové účely bez zvláštního povolení s příslušným odkazem na tento manuál jako zdroj. Ministerstvo přirodních zdrojů Kanady rádo přijme kopii jakékoliv publikace, která používá tento manuál jako zdroj svých informací. V takových případech si může vyhradit právo na omezení reprodukovaného materiálu nebo grafických prvků. Dále je nutné v takových případech požádat autora nebo vlastníka autorského práva o povolení o reprodukci. Pro získání informací ohledně autorského práva a limitujících požadavků kontaktujte RETScreen International. Prohlášení Tento dokument je distribuován pouze pro informační účely, a nemusí proto reflektovat názory kanadské vlády a ani nezastupuje žádný komerční produkt či osobu. Ani Kanada a ani její ministři, úředníci a ostatní činitelé neručí za tento dokument a ani na sebe nepřebírají jakoukoliv odpovědnost vyplývající z tohoto dokumentu. ISBN: Katalog č.: M39-104/2004E-PDF Ministerstvo přirodních zdrojů Kanady VĚTRNÁ.1

3 OBSAH Stručný popis a schéma modelu...3 Model projektu větrné energie...8 Model pro výpočet vyprodukované elektrické energie...9 Technické údaje o zařízení...17 Nákladová analýza...21 Shrnutí finančních ukazatelů projektu...44 Analýza redukce skleníkových plynů...60 Citlivostní analýza a analýza rizika...75 Databáze větrných elektráren...83 Databáze počasí...84 Databáze nákladů...84 Školení a podpora...86 Podmínky pro použití...87 Použitá literatura...89 Odkazy na internetové adresy...91 Rejstřík...92 VĚTRNÁ.2

4 Stručný popis a schéma modelu RETScreen International je nástroj, který má informovat o čistých zdrojích elektrické energie, sloužit jako podpůrný prostředek při rozhodování o investicích do těchto technologií a při plánování jejich kapacit. Jádro tohoto nástroje se skládá ze standardního a uceleného softwaru pro analýzu projektů čisté energie, který může být použit celosvětově pro vyhodnocení výroby elektrické energie, nákladů životního cyklu a redukce skleníkových plynů pro různé druhy energeticky efektivních technologií. Každý RETScreen technologický model (např. Model projektů větrné energie atd.) je vyvinut v rámci tabulkového prostředí Microsoft Excel v Pracovním sešitu. Pracovní sešit se skládá z několika pracovních tabulek. Tyto tabulky mají jednotný vzhled a dodržují standardní přístup pro všechny modely RETScreen. Navíc k tomuto softwaru jsou poskytnuty databáze jednotlivých technologií pro výrobu čisté energie, databáze počasí a nákladové databáze; online manuál, webová stránka, učebnice, případové studie a školící kurzy. Schéma modelu Vyplňte každou pracovní tabulku řádek po řádku ze shora dolů zadáním hodnot do vyšrafovaných kolonek. Abyste se mohli pohybovat mezi jednotlivými pracovními tabulkami jednoduše klikněte na štítek v dolní části každého okna nebo na modře podtržený hypertextový odkaz, který se objevuje v každé tabulce. Schéma RETScreen modelu je prezentováno níže. RETScreen International Model větrné elektrárny- schéma modulů systému VĚTRNÁ.3

5 Informace a pomoc při vstupu / Data and help access RETScreen Online manuál pro uživatele, Databáze větrných elektráren a Databáze počasí je přístupná prostřednictvím panelu Excel pod volbou RETscreen, jak je ukázáno na následujícím obrázku. Nabídka RETScreen a její jednotlivé ikony se ukáží na liště s nástroji RETScreen. Proto uživatel může vstoupit do online uživatelského manuálu, databáze větrných elektráren a databáze počasí kliknutím na odpovídající ikonu na této liště. Pokud uživatel chce například vstoupit do online uživatelského manuálu klikne na? ikonu. RETScreen Menu and Toolbar RETScreen online uživatelský manuál je citlivý na umístění kurzoru, a proto poskytuje informace, které se vztahují k jednotlivým buňkám, kde je kurzor umístěn, a které uživateli pomohou při jeho analýze. VĚTRNÁ.4

6 Barevné odlišení buněk Uživatel zadává data do vyšrafovaných buněk v tabulce. Všechny ostatní buňky, které nevyžadují vyplnění, jsou chráněny tak, aby uživatel nesprávným kliknutím nesmazal např. vzorec apod. RETScreen barevné odlišení buněk pro vstupní a výstupní buňky je znázorněno v následující tabulce. RETScreen barevné odlišení buněk Výběr měny / Currency options Pro správnou RETScreen analýzu projektu větrné energie, může uživatel v části Nákladové analýzy zvolit odpovídající měnu a to v buňce nazvané Currency / Měna. Uživatel zvolí takovou měnu, ve které budou následně jednotlivá měnová data o projektu prezentována. Například, pokud uživatel zvolí $, všechny měnové položky budou vyjádřeny v americkém dolaru. Možnost User- defined / Definováno-uživatelem umožňuje uživateli specifikovat měnu ručně zadáním názvu měny nebo jejím symbolem do dodatečné vstupní buňky, která se objeví vedle buňky pro výběr měny. Měna může být vyjádřena použitím maximálně tří znaků ($US,,, atd.). Pro usnadnění prezentace monetárních údajů, může být tato volba využita také pro zkrácení číselného zápisu (např. pro vyjádření údaje v tisících dolarů může sloužit k$ 1 000, místo $ ). Pokud uživatel zvolí možnost None / Žádný, budou všechny monetární údaje vyjádřeny bez jednotky. Proto všude tam, kde jsou monetární data používána společně s dalšími jednotkami (např. $/kwh), bude měnová jednotka nahrazena znaménkem - (např. -/KWh). VĚTRNÁ.5

7 Uživatel může také zvolit zemi, aby získal ISO tří-písmenný měnový kód. Například pokud uživatel v nabídkovém seznamu měn zvolí Afghánistán, potom všechna měnová data budou vyjádřena v AFA. První dně písmena měnového kódu odpovídají názvu příslušné země (státu) (AF pro Afghánistán) a třetí písmeno odpovídá názvu měny (A pro Afghání). Pro informační účely může uživatel požadovat určitou část nákladů projektu vyjádřit v jiné měně, aby počítal s takovými náklady, které musí být hrazeny v jiné měně než je měna, ve které jsou náklady projektu vykazovány. Pro označení nákladů v jiné měně musí uživatel z nabídky vybrat možnost Second currency / Jiná měna z Cost references / Nákladové vyjádření v příslušné buňce. Některé symboly měny nemusí být dobře čitelné (např. ). Toto je způsobeno nastavením zvětšení na listu tabulky. Uživatel může toto nastavení zvětšit, aby lépe viděl příslušný symbol. Při tisku budou symboly obvykle dobře čitelné i když nebudou plně viditelné na monitoru uživatele. Přehled jednotek a symbolů Jednotky, symboly a předpony / Units, symbols & prefixes Tabulky uvedené výše prezentují seznam jednotek, symbolů a předpon které jsou použity v RETScreen modelu. Volby jednotek / Unit options Pro správné dokončení RETScreen analýzy musí uživatel zvolit mezi Metric / metrickými jednotkami nebo Imperial / imperialistickými jednotkami v nabídkovém listu. Pokud uživatel zvolí Metric, všechny vstupní a výstupní buňky budou vyjádřeny v metrických jednotkách. Pokud však uživatel zvolí Imperial, budou vstupní a výstupní hodnoty vyjádřeny v imperiálních jednotkách. Metrické jednotky jsou znázorněny v tom případě, pokud jsou standardními jednotkami používanými mezinárodním průmyslem pro výrobu elektřiny z větrné energie (např. výška turbíny). VĚTRNÁ.6

8 Zde je nutné poznamenat, že pokud uživatel přepne z metrických do imperiálních jednotek, vstupní údaje nejsou automaticky přepočítány do ekvivalentu vybrané jednotky. Uživatel by se měl přesvědčit, zda zadaná data jsou opravdu vyjádřena ve zvolených jednotkách. Uložení souboru / Saving a file Pro uložení RETScreen souboru je doporučen standardní postup pro ukládání. Původní soubor Excel pro každý RETScreen model nemůže být uložen pod původním názvem. Uživatel by měl zvolit volbu Uložit jako. Soubor může být uložen na pevném disku, disketě, flash disku apod. Nicméně je doporučeno, aby byl soubor uložen do MyFiles adresáře automaticky nastaveného RETScreen instalačním programem na harddisku. Postup stahování je prezentován na následujícím obrázku. Uživatel může také navštívit RETScreen internetovou stránku na pro získání více informací o stahování. Zde je důležité poznamenat, že uživatel by neměl měnit název adresáře či uspořádání souborů, jež je automaticky nastaveno instalačním programem. Taktéž hlavní soubor programu RETScreen a další soubory v adresáři Program by neměl být měněn. Jinak totiž uživatel nebude moci vstoupit do RETScreen online uživatelského manuálu nebo jeho databází. Postup pro stažení RETScreen nástrojů Tisk souboru / Printing a file Pro vytisknutí RETScreen souboru by měl být použit standardní postup nabízený v Microsoft Excel. Soubory jsou již naformátovány tak, aby byly dobře čitelné na papíře A4 při kvalitě tisku 600 dpi. Pokud tiskárna nabízí jiné možnosti dpi než je tato, potom musí uživatel změnit kvalitu tisku volbou Soubor, Vzhled stránky a Kvalita tisku a posléze vybráním příslušné dpi kvality pro danou tiskárnu. Pokud tak neučiní, mohou nastat při tisku problémy. VĚTRNÁ.7

9 Model projektů větrné energie RETScreen International model větrné energie může být použit celosvětově a slouží ke snadnému vyhodnocení efektivnosti produkce el. energie, nákladů životního cyklu elektrárny a redukce emise skleníkových plynů pro různé projekty větrných elektráren v závislosti na velikosti a typu uvažované elektrárny. Model se skládá ze 6 pracovních listů (tabulek, formulářů), jež na sebe vzájemně navazují (Energy Model - Model pro výpočet vyprodukované el. energie, Equipment Data - Technické údaje o zařízení, Cost Analysis - Nákladová analýza, GHG Analysis - Analýza redukce skleníkových plynů, Financial Summary - Shrnutí finančních ukazatelů projektu, Sensitivity and Risk Analysis - Citlivostní analýza a analýza rizika). Nejprve musí být vyplněn Model pro výpočet vyprodukované el. energie a Technické údaje o zařízení. Následuje Nákladová analýza a posléze Shrnutí finančních ukazatelů projektu. Analýza redukce skleníkových plynů a Citlivostní analýza a analýza rizika jsou nepovinné části. Tabulka Analýzy redukce skleníkových plynů umožňuje odhadnout potenciální redukci emise skleníkových plynů, která souvisí s implementací daného projektu větrné elektrárny. Citlivostní analýza a analýza rizika umožňuje uživateli posoudit citlivost důležitých finančních ukazatelů ve vztahu ke klíčovým technickým a finančním parametrům. Uživatel postupuje v každé tabulce od shora dolů. Tento postup může opakovat několikrát tak, aby optimalizoval návrh projektu větrné energie jak z hlediska energetického tak i nákladového. Navíc k jednotlivým tabulkám, které musí být vyplněny, aby model fungoval, jsou do pracovního sešitu Modelu projektů větrné energie včleněny Introduction worksheet / Úvodní tabulka a Blank Worksheets (3) / Prázdné tabulky (3). Úvodní tabulka poskytuje uživateli rychlý přehled o modelu. Prázdné tabulky (3) jsou zde proto, aby si uživatel přizpůsobil svým potřebám RETScreen analýzu. Prázdné tabulky mohou být použity například pro zadání více podrobných údajů o projektu, pro přípravu grafů či pro podrobnější citlivostní analýzu. VĚTRNÁ.8

10 Model pro výpočet vyprodukované elektrické energie / Energy model Tato část ekonomického modelu má pomoci jeho uživateli vypočíst roční produkci elektrické energie. Jsou zde zohledněny například podmínky teritoria, kde bude elektrárna umístěna, a další charakteristiky elektrárny. Výsledky jsou vyjádřeny v MWh kvůli snadnému porovnání různých technologií. Jednotky / Units Pro správné dokončení RETScreen analýzy musí uživatel zvolit mezi Metric / metrickými jednotkami nebo Imperial / imperialistickými jednotkami v nabídkovém listu. Pokud uživatel zvolí Metric, všechny vstupní a výstupní buňky budou vyjádřeny v metrických jednotkách. Pokud však uživatel zvolí Imperial, budou vstupní a výstupní hodnoty vyjádřeny v imperiálních jednotkách. Metrické jednotky jsou znázorněny v tom případě, pokud jsou standardními jednotkami používanými mezinárodním průmyslem pro výrobu elektřiny z větrné energie (např. výška turbíny). Zde je nutné poznamenat, že pokud uživatel přepne z metrických do imperiálních jednotek, vstupní údaje nejsou automaticky přepočítány do ekvivalentu vybrané jednotky. Uživatel by se měl přesvědčit, zda zadaná data jsou opravdu vyjádřena ve zvolených jednotkách. Údaje o teritoriu, kde bude elektrárna umístěna / Site conditions Uživatel v této části modelu zadává následující údaje o lokalitě, kde bude elektrárna umístěna. Název projektu / Project name Uživatelem zadaný název projektu slouží pouze pro účely srovnání. Pro více informací, jak používat RETScreen online uživatelský manuál, Databázi větrných elektráren a Databázi počasí, viz část Informace a pomoc při vstupu. Lokalita / Project location Uživatelem zadaná lokalita projektu slouží pouze pro účely srovnání. Zdroj údajů o větru / Wind data source Uživatel zvolí údaje o zdroji větru, který bude použit modelem při výpočtech. Může zvolit mezi wind speed rychlostí větru a wind power density hustota síly větru. Změnou volby v tomto políčku se mění zároveň zobrazení tabulky, což uživateli umožňuje zadat údaje o větru v preferovaném formátu. Pokud zvolí wind speed rychlost větru, potom zadá roční průměrnou rychlost větru pro danou výšku. Pokud zvolí wind power density hustotu síly větru, potom zadá roční hustotu síly větru pro danou výšku. Nejbližší stanice, kde se měří údaje o počasí / Nearest location for weather data Uživatel zde zadává stanici, kde se měří údaje o počasí a která je zároveň stanicí s nejreprezentativnějšími podmínkami počasí typickými pro daný projekt. Tato informace slouží opět pouze pro účely porovnání. Pro získání dalších informací uživateli pomůže online RETScreen Databáze o počasí. VĚTRNÁ.9

11 Roční hustota síly větru / Annual power density Uživatel zadá roční hustotu síly větru (W/m 2 ) přímo v nebo v blízkosti zvolené lokality větrné elektrárny. Zde specifikovaná hustota síly větru musí odpovídat hustotě vzduchu kg/m 3, která odpovídá standardnímu tlaku na úrovni hladiny moře a teplotě 15 C. Uživatel ji může zjistit z větrných map či ji vypočitat na základě naměřené rychlosti větru model nabízí některé odkazy na webové stránky jako např. Canadian Wind Atlas, National Wind Technology Center (NWTC), European Wind Resource, a Solar and Wind Energy Resource Asessment (SWERA). Výška hustoty síly větru / Height of wind power density Uživatel vloží údaj o výšce měřené od země, pro kterou byla vypočtena roční hustota síly větru. Tento údaj je používán pro výpočet rychlosti větru při této výšce a průměrné rychlosti větru na středu rotoru větrné turbíny. Roční průměrná rychlost větru / Annual average wind speed Uživatel zadává roční průměrnou rychlost naměřenou přímo v místě uvažované elektrárny nebo v její blízkosti. Tato hodnota je používána pro výpočet průměrné rychlosti větru ve výšce středu větrné turbíny, která je potom použita při výpočtu roční produkce elektrické energie. Uživatel může využít RETScreen online databázi počasí, ale vždy je lépe využít údaje o síle větru z údajů z místní povětrnostní stanice. Převážná většina lokalit světa má rychlost větru dosahující od 0 do 12 m/s. Hodnota pod 5 m/s při výšce 10 m by znamenala, že projekt je finančně nepřijatelný. Národní meteorologické organizace a environmentální organizace běžné poskytují mapy s odhady rychlostí větru v daném regionu, jež jsou založena na měření ve specifických místech. Většina těchto dat by měla být použita jako odrazový údaj pro citlivostní analýzu. Data z online RETScreen databáze o počasí by měla být použita velmi opatrně, protože údaje v této databázi obsažené nemusí vždy pro danou lokalitu odrážet úplné informace. Mapování povětrnostní situace v okolí povětrnostní stanice by mělo spíše ukázat místo s lepšími povětrnostními podmínkami než hodnoty, jež poskytuje online RETScreen databáze o počasí. Proto je vždy vhodnější využít údaje o síle větru z údajů z místní povětrnostní stanice než údaje z online RETScreen databáze o počasí. Pro příklad uveďme, že například pro účely citlivostní analýzy, pokud je plánovaná elektrárna umístěna vhodně na chráněném místě na vrcholku nějaké hory či kopce, uživatel by mohl přidat až 2 m/s k roční průměrné rychlosti větru, jež je vykazována v online RETScreen databázi o počasí (či v jiných zdrojích, jež poskytují obdobná data). Výška, při které se měří síla větru / Height of wind measurement Uživatel zadává výšku, ve které byla měřena hodnota roční průměrné rychlosti větru. Tato honota je použíta při výpočtu průměrné rychlosti větru ve výšce středu větrné turbíny. Uživatel může opět využít online RETScreen databázi o počasí. V případě, že RETScreen databáze neposkytuje tuto informaci či není známa výška, při které byla měřena síla větru, je doporučeno použít hodnotu 3 m jako nejvíce konzervativní hodnotu a 10 m jako hodnotu nejpravděpodobnější. Průměrná rychlost větru bývá měřena ve výškách od 3 do 100 m, přičemž 10 m je nejčastější výška. Dále by mělo být doloženo jakékoliv další měření o nerovnostech a překážkách v terénu při výšce menší než 3 m, protože tyto skutečnosti mají značný vliv pro další výpočty. V současné době díky technologickým inovacím, kdy roste výška instalace větrných turbín, jsou již dostupná měřící zařízení pro výšky 50 a více metrů. VĚTRNÁ.10

12 Exponenta úhlu větru / Wind shear exponent Uživatel zadá exponentu úhlu větru, což je bezrozměrné číslo vyjadřující míru, se kterou se rychlost větru mění s výškou měřenou od země. Nízký exponent odpovídá hladkému terénu a na druhé straně vysoký údaj odpovídá terénu se značnými překážkami. Tato hodnota je použita při výpočtu průměrné rychlosti větru ve výšce středu větrné turbíny v 10 m od země. Tento údaj se obvykle pohybuje od 0,1 (hladký terén písek a sníh 0,1-0,13) do 0,4. Exponent 0,25 odpovídá hrbolatému povrchu se značnými překážkami. 0,4 odpovídá projektům realizovaným v zastavených městských oblastech. Hodnota 0,14 je první vhodný odhad v případě, kdy dosud nejsou stanoveny údaje o lokalitě [Le Gouriérés, 1982], [WECTEC, 1996] a [Gipe, 1995]. Rychlost větru při výšce 10m / Wind speed at 10 m Model počítá rychlost větru ve výšce 10 m, aby uživateli poskytnul jednotný údaj pro porovnání dvou míst, pro které byla měřena rychlost větru v rozdílných výškách. Výška 10 m je standardní výška pro typickou meteorologickou stanici pro účely měření větru. Rychlost větru ve výšce 10 m je vypočtena na základě roční průměrné rychlosti větru, výšky měření a na základě exponenty úhlu větru. Místo s dobrými povětrnostními podmínkami pro výstavbu elektrárny by mělo vykazovat průměrnou rychlost větru alespoň 5 m/s ve výšce 10m. Průměrný atmosférický tlak na roční bázi / Average atmospheric preasure Uživatel zadá průměrný atmosférický tlak na roční bázi. Síla získaná z větru totiž záleží na této hodnotě. Tento údaj je používán pro výpočet úpravy koeficientu tlaku; průměrný atmosférický tlak je nepřímo úměrný nadmořské výšce. Průměrný atmosférický tlak se pohybuje nepřímo úměrně nadmořské výšce. Uživatel může získat více informací z online RETScreen databáze o počasí. Průměrný atmosférický tlak se obvykle pohybuje od 60 do 103 kpa. Nižší údaj odpovídá místu s výškou cca 4 000m, vyšší údaj odpovídá výšce při mořské hladině. Atmosférický tlak ve standardních podmínkách se pohybuje kolem 101,3 kpa. [Elliot, 1986]. Je nutné poznamenat, že atmosférický tlak klesá s narůstající výškou. Do 5 000m výšky může být tlak vypočten pro z výšku nad mořem pomocí vzorce: P ( = z / 8200) = P sealevel e, kde P sealevel je atmosférický tlak na hladině moře (101,3 kpa). Průměrná roční teplota / Annual average temperature Uživatel zadá průměrnou roční teplotu. Elektrická energie, která se získá z větrných elektráren, závisí na této hodnotě. Tato hodnota se používá pro výpočet koeficientu pro úpravu teploty. Čím vyšší teplota, tím nižší je hustota vzduchu, a proto se získá méně el. energie. Uživatel může získat více informací z online RETScreen databáze o počasí. Roční průměrná teplota se pohybuje od 20 do 30 C, v závislosti na oblasti. Teplota ve standardních podmínkách dosahuje 15 C. Zde je nutné poznamenat, že teplota klesá zhruba o 6,5 C s každými m nadmořské výšky. VĚTRNÁ.11

13 Charakteristika systému větrné elektrárny / System characteristics Charakteristika systému větrné elektrárny, jež ovlivňuje odhad roční produkce el. energie uvažovaného projektu větrné elektrárny je detailněji popsán níže. Typ elektrické sítě / Grid type Uživatel zvolí z nabídnutého seznamu, jaký typ elektrické sítě bude využit při realizaci daného projektu větrné elektrárny. Model nabízí tři možnosti central grid centrální elektrická sítí, isolated grid izolovaná elektrická síť a off-grid mimo el. síť. Izolovaná elektrická síť zahrnuje takové typy el. sítí, které nejsou napojené na centrální elektrickou síť. Elektrické sítě umístěné mimo el. síť zahrnují jak samostatně postavené systémy, které mají větrnou turbínu a baterie, tak také hybridní systémy, které se skládají z větrné turbíny (z větrných turbín), baterií a již zastaralého palivového generátoru. Pokud uživatel zvolí možnost centrální elektrické sítě, potom bude model uvažovat jako by veškerá vyprodukované elektrická energie byla absorbována elektrickou sítí. Pokud zvolí další možnosti el. sítě, potom model uvažuje jako by absorpční schopnost el. sítě byla limitována a tedy nižší než 100%. Absorpce bude záviset na míře proniknutí plánovaného projektu s ohledem na maximální náboj el. sítě a rychlost větru v daném místě. Maximální náboj / Peak load Uživatel zadá maximální elektrický náboj (kw) el. užitku. Pro typy izolovaných elektrických sítí tato hodnota vyjadřuje požadavek maximální elektrické energie, kterou rozvodná společnost poptává během roku; v případě typu el. sítě mimo el. síť tato hodnoty vyjadřuje požadavek maximální elektrické energie daného zařízení během roku. Maximální náboj je používán pro výpočet míry proniknutí větrné elektrárny do el. sítě. Nominální příkon/výkon větrné elektrárny / Wind turbine rated power Uživatel zadá nominální příkon, také nazývaný výkon větrné elektrárny do tabulky nazvané Equipment Data, což se automaticky zkopíruje do části modelu nazvané Model pro výpočet vyprodukované elektrické energie / Energy model. Jmenovitý výkon je charakteristika výkonu každé větrné turbíny a uživateli modelu ji poskytne výrobce zařízení. Tento výkon je dosažen při jmenovité rychlosti větru. Model používá jmenovitý výkon/příkon větrné turbíny v kombinaci a počtem turbín, aby vypočítal výkon (kapacitu) větrné elektrárny. Pro izolované oblasti jsou pro plánované projekty větrných elektráren uvažovány malé či středně velké větrné turbíny, protože v těchto oblastech jsou omezené možnosti pro přepravu a vztyčení velkých větrných turbín [Brothers, 1993]. Poznámka: V této části by měl uživatel dokončit část modelu nazvanou Údaje specifikující vybavení konkrétní větrné elektrárny / Equipment Data. Počet turbín / Number of turbines Uživatel zadá počet větrných turbín, které budou pro realizaci plánovaného projektu vyžadovány. Tento údaj je důležitý pro výpočet nepřizpůsobené produkce el. energie a kapacity el. farmy. Vysoký počet malých turbín je výhodný z hlediska redukce fluktuace získané energie, avšak na druhé straně náklady velké turbíny mohou být nižší při přepočtu na kw. Uživatel může pro své úvahy a odhady využít citlivostní analýzu, kde jsou zohledněny různé velikosti turbín, aby byl zřejmý dopad na finanční výhodnost projektu. VĚTRNÁ.12

14 Výkon větrné elektrárny / Wind plant capacity Model vypočítává kapacitu větrné elektrárny v daném místě v kw podle definovaného počtu a jmenovitého výkonu větrných turbín. Přepínač jednotek: Uživatel může na tomto místě využít přepínače pro vyjádření daného výkonu také v jiných jednotkách MW, Btu/h, hp, tuny, W. Tato hodnota slouží pouze pro účely komparace a není nutná pro další výpočty. Rychlost větru při.. / Wind speed at. Model počítá rychlost větru ve výšce, která je vždy uživatelem zadána do buňky Height of wind power density / výška hustoty síly větru. Výška středu turbíny / Hub height Uživatel zadá výšku středu turbíny do tabulky nazvané Equipment Data, což se automaticky zkopíruje do části modelu nazvané Model pro výpočet vyprodukované elektrické energie / Energy model. Výška středu turbíny je výška centra rotoru na horizontální ose větrné turbíny. Tento údaj je používán v modelu pro účely výpočtu průměrné rychlosti větru při výšce středu turbíny. V modelu je možné tento údaj různě měnit pro účely zlepšení výkonu elektrárny. Zde je nutné poznamenat, že tabulka nabízí pouze metrické jednotky, protože pouze tyto jsou používány v mezinárodním průmyslu větrné energie. Rychlost větru ve výšce středu rotoru / Wind speed at hub height Model počítá rychlost větru ve výšce středu rotoru. Tento údaj vyjadřuje průměrnou rychlost větru, která pohání rotor turbíny. Je počítána od 10 m výšky středu a při exponentě větrného úhlu. Tento údaj slouží pro určení nepřizpůsobené produkce el. energie. Rychlost větru při dané výšce středu rotoru je obvykle značně vyšší než rychlost větru v 10 m díky větrnému úhlu. Obecně výrobci neuvádějí údaje pro rychlost větru mimo rozsah od 3 do 12 m/s. Z tohoto důvodu model funguje pouze při takových hodnotách rychlostí větru ve výšce středu rotoru, pro něž jsou údaje o vyprodukované el. energii počítána či zadávána v části modelu nazvané Equipment Data. Hustota síly větru ve výšce středu rotoru / Wind power density at hub height Model počítá hustotu síly větru ve výšce středu rotoru v W/m 2. Tento údaj je počítán pro hustotu vzduchu 1,225 kg/m 3, jež koresponduje tlaku při hladině moře a teplotě 15 C. Míra průraznosti/proniknutí větru / Wind penetration level Pro případy el. sítě isolated-grid a el. sítě off-grid model počítá tuto míru proniknutí větru v %, což je poměr výkonu větrné elektrárny ku maximálnímu náboji, který může být dosažen větrnou elektrárnou za podmínek jmenovité rychlosti větru. Zvýšení této míry může zlepšit životaschopnost projektu s tím, že jsou doporučeny přesnější kontroly systému pro vyšší hodnoty této charakteristiky. Ačkoliv míra průraznosti větru se může teoreticky pohybovat od 0% do nekonečna, platí rozpětí od 10 do 25% pro el. síť typu isolated-grid. Hodnota nižší než 25% neovlivní drasticky výkon daného el.systému. Vyšší hodnoty této míry mohou na jednu stranu zvýšit náklady projektu, ale na druhou stranu také životaschopnost elektrárny. Např. vysoko-průrazný dieselový hybridní větrný systém s mírou průraznosti % může být velmi finančně atraktivní. Avšak model bude přiměřený pro hodnoty nižší než 25%, což by mělo postačovat pro předběžnou studii VĚTRNÁ.13

15 proveditelnosti. Pro vyšší míry proniknutí bude uživatel muset do modelu zadat odhad podílu vyrobené větrné energie, která může být absorbována el. sítí typu isolated-grid nebo el. sítí typu off-grid. V současné době většina projektů el. elektráren vykazuje míru průraznosti menší než 25%. RETScreen model projektů větrné energie prozatím neuvažuje akumulační systém, ale volné tabulky mohou být pro tyto účely použity. Navrhovaná/předpokládaná míra absorpce větrné energie / Suggested wind energy absorption rate Pro el. síť typu isolated grid and off-grid model počítá předpokládanou míru absorpce větrné energie (%), což je vypočteno na základě údaje o rychlosti větru ve výšce středu turbíny a při dané míře průraznosti. Tato hodnota není přímo používána pro výpočty v modelu, je to pouze předpokládaná hodnota, kterou může uživatel modelu použít pro níže uvedený ukazatel míry absorpce větrné energie. Model poskytuje pouze předpokládanou míru absorpce větrné energie pro průraznost větru menší než 25%. Avšak pokud míra průraznosti je větší než 3% a rychlost větru ve výšce středu rotoru je 8,3 m/s a více, potom model neposkytuje tuto hodnotu. Při těchto podmínkách se míra absorpce větrné energie bude měnit v závislosti na konfiguraci celého systému a použitých metodách kontroly. Ve stádiu navrhování projektu je doporučováno provést simulace využívající hodinový model pro odvození rozumného odhadu pro předpokládanou míru absorpce větrné energie. Navrhovaná/předpokládaná míra absorpce větrné energie je spíše konzervativní a je založena na typických křivkách trvání náboje v případech el. sítí typu isolated-grid ; další zdroje informací ukazují vyšší míru absorpce; v případě že citlivostní analýza ukazuje, že hodnota míry absorpce větrné energie je kritická pro finanční výhodnost projektu, je lépe využít modelů časových řad pro určení přesnější hodnoty, což je obvyklý postup v rámci designu daného projektu. Míra absorpce větrné energie / Wind energy absorption rate Pro el. síť typu isolated grid and off-grid uživatel modelu vkládá míru absorpce větrné energie, což je procento získané/sesbírané větrné energie, která může být absorbována el. sítí. Toto primárně záleží na míře pronikání větru a na průměrné rychlosti větru. Proto za určitých okolností, kdy vysoká míra proniknutí větru, vysoká rychlost větru a nízký náboj systému sesbírá více větrné energie než el. síť potřebuje, a proto jen určitá část energie bude využita a dodána do el. sítě. Uživatel modelu může použít jak navrhovanou míru absorpce větrné energie tak také míru absorpce větrné energie. Míra absorpce větrné energie se používá pro výpočet dodané větrné energie. Pro el. síť typu isolated grid izolovaná el. síť and off-grid mimo síť ve vzdálených místech, se hodnoty míry absorpce větrné energie pohybují od 60 do 100%. Pro míru proniknutí větší než 25% závisí míra absorpce větrná energie ve značné míře na přijaté strategii kontroly, a proto se doporučuje využití modelu časových řad během návrhu projektu pro lepší odhad míry absorpce. Nižší hranice zmiňovaného pásma koresponduje se systémem, pro který instalovaná kapacita větrné energie je velkým podílem celkového využitého elektrického náboje. Vyšší hranice pásma reprezentuje systém, pro který instalovaná kapacita větrné energie neznamená tak velký podíl z celkového využitého el. náboje.[rangi, 1992] Ztráty z rozmístění jednotlivých větrných elektráren v rámci jedné větrné farmy / Array losses Uživatel zadá odhadované ztráty z rozmístění jednotlivých větrných elektráren v rámci jedné větrné farmy v %. Tyto ztráty jsou způsobeny interakcí větrných turbín mezi sebou. Turbíny, které jsou ve stínu těch ostatních, nemohou totiž získat tolik větru jako ty, které jsou před nimi, a proto VĚTRNÁ.14

16 je produkce elektrické energie tímto snížena. Tyto ztráty z pozice závisí na rozmístění jednotlivých turbín, jejich orientaci, podmínkách dané lokality a topografii lokality. Tento údaj je používán jako jeden ze vstupních údajů modelu pro výpočet koeficientu ztrát. Typické hodnoty pro dobře navrženou větrnou farmu se pohybují od 0 do 20% hrubé produkce energie. Nižší hranice pásma koresponduje s malými clustery vhodně rozmístěných větrných turbín; vyšší hranice pásma koresponduje s elektrárnou, kde jsou jednotlivé turbíny těsně shluklé při sobě. Ztráty z rozmístění pro jednu samostatnou turbínu jsou 0% a pro dobře rozprostřený cluster 8 (a méně) až 10 turbín jsou pod 5%. [Conover, 1994] Poznámka: Zde je nutné zdůraznit, aby uživatel modelu byl velmi opatrný při zveličování takových potenciálních ztrát. Ztráty ze znečištění profilu křídla a námrazy na lopatkách turbíny / Airfoil soiling and/or icing losses Uživatel zadá ztráty ze znečištění profilu křídla a námrazy na lopatkách turbíny (%). Takové ztráty jsou způsobeny znečišťováním křídel od např. hmyzu a nahromaděného ledu. Akumulace takových nánosů ovlivňuje aerodynamický výkon křídel turbíny. Toto může být zlepšeno jejich pravidelným omýváním nebo zahříváním jednotlivých křídel. Ztráty z námrazy závisí na okolní teplotě, nadmořské výšce, ve které je přístroj instalován, míře vlhkosti a také designu přístroje. Tyto ztráty jsou zde používány jako vstupní údaj modelu pro výpočet koeficientu ztrát. Typické hodnoty se pohybují od 1 do 10% hrubé produkce energie. [Conover, 1994] [WECTEC, 1996]. Další ztráty z prostojů / Other downtime losses Uživatel zadá další ztráty z prostojů (%). Tyto ztráty jsou výsledkem plánované údržby, poruchy větrných turbín, vyřazení stanice a vyřazení funkčnosti stanice. Tento údaj je také použit v modelu jako vstupní údaj pro výpočet koeficientu ztrát. Typické hodnoty se pohybují od 2 do 7% hrubé produkce energie. V případě turbín instalovaných v extrémních podmínkách (arktické klima, slabá el. síť), jsou takové ztráty blíže k horní hranici tohoto pásma. [Conover, 1994] Různorodé ztráty / Miscellaneous losses Uživatel zadá různorodé ztráty (%). Tyto ztráty reprezentují ztráty el. energie v důsledku rozběhu a naopak zastavení elektrárny, jejího natáčení, z nárazů vysokého větru. Tyto ztráty také zahrnují nežádoucí požadavky na el. energii a jakékoliv ztráty při přenosu energie z místa elektrárny do lokální el. sítě. Také tento údaj je v modelu využit pro výpočet koeficientu ztrát. Typické hodnoty se pohybují od 2 do 6% hrubé produkce energie. [Conover, 1994] Roční produkce energie / Annual energy production Údaje, které jsou nutné pro výpočet roční produkce elektrické energie, jsou detailněji uvedeny níže. Kapacita větrné elektrárny = výkon elektrárny / Wind plant capacity Model vypočítává tuto hodnotu větrných turbín v daném místě v kw. Přepínač jednotek: Uživatel může na tomto místě využít přepínače pro vyjádření daného výkonu také v jiných jednotkách MW, Btu/h, hp, tuny, W. Tato hodnota slouží pouze pro účely komparace a není nutná pro další výpočty. VĚTRNÁ.15

17 Nepřizpůsobená produkce energie / Unadjusted energy production Model vypočítává tzv. nepřizpůsobenou produkci energie z větrného zařízení v MWh. Je to energie, kterou bude produkovat jedna či více turbín při standardních teplotních podmínkách a standardním atmosférickém tlaku. Výpočet je založen na křivce produkce energie vybrané větrné turbíny (zadané v části modelu nazvané Equipment Data) a na průměrné rychlosti větru při dané výšce středu rotoru na zvažované lokalitě. Koeficient úpravy tlaku / Pressure adjustment coefficient Model počítá koeficient úpravy tlaku, který je úměrný průměrnému atmosférickému tlaku v dané lokalitě, který ovšem primárně závisí na výšce. Koeficient je používán pro určení hrubé produkce energie. Měl by se pohybovat v rozmezí 0,59 až 1,02, kde nižší hranice odpovídá místu v nadmořské výšce vyšší než m. Koeficient přizpůsobení teploty / Temperature adjustment coefficient Model počítá tento koeficient, jež je nepřímo úměrný průměrné teplotě na daném místě. Je používán pro určení hrubé produkce energie. Standardní stanovená teplota 15 C pro výkon větrné turbíny odpovídá koeficientu úpravy teploty rovnému 1. Obvykle se tento koeficient pohybuje v rozmezí 0,98 až 1,15 pro teploty v rozmezí od 20 C do -20 C. Hrubá produkce energie / Gross energy production Model počítá údaj hrubá produkce energie (MWh), což je celková el. energie produkovaná elektrárnou před jakýmikoliv ztrátami při rychlosti větru, atmosférickém tlaku a teplotních podmínkách v daném místě. Je odvozen z nepřizpůsobené produkce energie, koeficientu upravujícím tlak a koeficientu upravujícím teplotu. Je dále používán pro určení dodané obnovitelné energie. Koeficient ztrát / Losses coeficient Model vypočítává koeficient ztrát, který obsahuje všechny ztrátové faktory. Je kombinací ztrát z rozmístění, znečištění a námrazy a dalších ztrát z prostojů a různorodých ztrát. Je používán pro výpočet dodané obnovitelné energie. Koeficient ztrát 0,75 a nižší je známkou pro špatně plánovaný projekt. Specifický výnos / Specific yield Model vypočítává specifický výnos větrného zařízení (kwh/m 2 ), jež je všeobecným měřítkem v průmyslu vyrábějícím větrnou energii pro ohodnocení a porovnání výkonu větrné turbíny v souvislosti s větrným režimem v dané lokalitě. Specifický výkon je získán dělením obnovitelné energie dodané větrnou turbínou kruhem opisovaným listy rotoru (swept area). Specifický výnos se obvykle pohybuje v rozmezí od 150 do kwh/m 2 pro turbínu, kdy nižší hodnota odpovídá malým větrným turbínám v podmínkách průměrného větrného režimu a vyšší krajní mez odpovídá velkým větrným turbínám v podmínkách dobrého větrného režimu. Faktor kapacity větrné elektrárny / Wind plant capacity factor Model vypočítává tento údaj (%), který reprezentuje míru průměrné el. energie produkované elektrárnou během jednoho roku ku jmenovité kapacitě výkonu (rated power capacity). Je počítán jako míra obnovitelné energie dodané (či obnovitelné energie získané v případě systému isolated-grid nebo systému off-grid ) lomeno kapacita větrné elektrárny násobené celkovým počtem hodin za rok. Faktor kapacity větrné elektrárny se obvykle pohybuje v rozmezí od 20 do VĚTRNÁ.16

18 40%. Nižší mez reprezentuje starší technologie instalované v podmínkách průměrného větrného režimu a horní mez naopak odpovídá nejnovějším větrným turbínám instalovaným v dobrých povětrnostních podmínkách. Získaná obnovitelná energie / Renewable energy collected Pro elektrické sítě typu isolated-grid a off-grid model vypočítává získanou obnovitelnou energii (MWh), což je čisté množství energie vyrobené zařízením pro výrobu větrné energie. Model používá hrubou produkci energie a koeficient ztrát pro výpočet této hodnoty. Dodaná obnovitelná energie / Renewable energy delivered Model vypočítává roční dodanou obnovitelnou energii (MWh) do elektrické sítě, což je množství energie, která je přeměněná do elektřiny a proto zastupuje energii, která by jinak byla vyrobena existujícím rozvodným systémem využívajícím základní/běžný elektrický systém. Pro aplikace elektrické sítě typu isolated-grid a off-grid je dodaná obnovitelná energie odvozena ze získané obnovitelné energie a míry absorpce větrné energie. Tato hodnota je přenášena do části modelu nazvané Financial Summary - Shrnutí finančních ukazatelů projektu jako jeden ze vstupních dat finanční analýzy. Přepínač jednotek: Uživatel modelu si může zvolit, zda chce energii vyjadřovat v různých jednotkách zvolením GWh, Gcal, million Btu, GJ, therm, kwh, hp-h, MJ. Tato hodnota slouží pouze pro účely komparace a není nutná pro další výpočty. Přebytek dosažitelné obnovitelné energie / Excess renewable energy available Pro elektrické sítě typu isolated-grid a off-grid model vypočítává přebytek dosažitelné obnovitelné energie (MWh), což je získané množství obnovitelné energie, jež nemůže být absorbováno elektrickou sítí a proto je upotřebitelné pro potřeby vytápění či další účely. Je vypočten jako rozdíl mezi získanou obnovitelnou energií a dodanou obnovitelnou energií. Tato hodnota je modelem přenesena do části modelu nazvané Financial Summary - Shrnutí finančních ukazatelů projektu jako jeden ze vstupních dat finanční analýzy. Údaje specifikující vybavení konkrétní větrné elektrárny / Equipment data Tato část REScreen modelu projektů čisté energie je používána kvůli specifikaci větrného zařízení plánovaného pro ohodnocovaný projekt. Výsledky této části jsou modelem přenášeny do části nazvané Energy Model - Model pro výpočet vyprodukované el. energie. Uživatel modelu se může vrátit do části Energy Model - Model pro výpočet vyprodukované el. energie po dokončení této části modelu. Charakteristiky větrné turbíny / Wind turbine characteristics Charakteristiky větrné turbíny jsou detailněji uvedeny níže. Jmenovitý výkon větrné turbíny / Wind turbine rated power Uživatel modelu zadá jmenovitý výkon větrné elektrárny (kw). Jmenovitý výkon je charakteristika výkonu určité větrné turbíny a je poskytován výrobcem turbíny. Tato kapacita je dosažena při jmenovité rychlosti větru. Uživatel modelu může využít online RETScreen databázi větrných turbín pro více informací. VĚTRNÁ.17

19 Výška osy rotoru / Hub height Uživatel zadá výšku osy rotoru (m), což je výška, ve které je nasazený/namontovaný střed rotoru na horizontální ose. Kdykoliv je možné, zvyšování výšky osy rotoru by mělo zlepšit výkon zvažovaného projektu větrné elektrárny. Běžná výška osy rotoru se pohybuje od 6m do 100m. Výška stožáru byla během posledních let zvýšena s tím, jak se zlepšovala použitá technologie. Uživatel modelu může konzultovat s RETScreen online databázi pro získání více informací. Zde je nutné poznamenat, že zde jsou použity metrické jednotky, protože jsou běžně používány v mezinárodním průmyslu větrné energie. Průměr rotoru / Rotor diameter Uživatel modelu vloží údaj o průměru rotoru (m), což je průměr kruhu vytvořeného rotací listů (blades). Tato informace slouží jen pro účely porovnání více variant. Průměr rotoru dané turbíny, jež je běžně dostupná na trhu, se zpravidla pohybuje od 7 do 80m či více. Uživatel modelu opět může nahlédnout do RETScreen online databáze. Kruh opisovaný listy rotoru / Swept area (m 2 ) Uživatel vloží údaj o kruhu opisovaném listy rotoru, což je kruh (plocha) kolmá ke směru větru, kterou bude rotor vytvářet během kompletní rotace. Výkon větrné turbíny je velmi závislý právě na tomto údaji kruhu opisovaném listy rotoru. Tato plocha se může pohybovat od 35 do m 2 či více. Uživatel modelu může opět konzultovat s RETScreen online databází pro získání více informací. Výrobce větrné turbíny / Wind turbine manufacturer Uživatel modelu zadá název výrobce větrné turbíny. Tento údaj slouží pouze pro účely srovnání. Uživatel modelu může opět konzultovat s RETScreen online databází pro získání více informací. Model větrné elektrárny / Wind turbine model Uživatel zadá název modelu větrné elektrárny. Tento údaj slouží pouze pro účely srovnání. Uživatel modelu může opět konzultovat s RETScreen online databází pro získání více informací. Zdroj dat (podkladů) křivky el. energie / Energy curve data source Uživatel zvolí zdroj dat křivky energie pro účely určení toho, jak budou data křivky energie počítána pro specifikovanou větrnou turbínu. Možnosti, jež nabízí model jsou: standard standardní, custom zákaznický, user-defined definované uživatelem. Záměna těchto možností ovlivňuje výstupy z pracovní tabulky a výpočet pro data křivky energie. Data křivky energie jsou počítána na základě dat křivky energie větrné elektrárny (wind turbine power curve data) a rozdělení rychlosti větru. Pokud uživatel zvolí možnost standard, model vypočítá data křivky energie založená na Rayleighovu rozdělení rychlosti větru. Pro první přiblížení může uživatel zvolit možnost standard, pokud rozdělení rychlosti větru v daném místě není známo. Je nutné poznamenat, že Rayleighovo rozdělení je zvláštní případ Weibullova rozdělení, pro který se faktor tvaru (shape factor) rovná 2. VĚTRNÁ.18

20 Pokud uživatel zvolí možnost custom, model vypočítá data křivky energie založená na Weibullovu rozdělení rychlosti větru. Toto rozdělení je často používáno v inženýrství větrné energie, jelikož se dobře přizpůsobuje pozorovaným dlohodobým rozdělením průměrných rychlostí větru pro řadu lokalit. V tomto případě uživatel modelu specifikuje faktor tvaru, který bude pro výpočet použit. Pokud uživatel zvolí možnost user-defined, může přímo vkládat data křivky energie nebo může také vložit hodnoty z RETScreen online databáze. V tomto případě, data křivky energie slouží pouze pro účely srovnání a nejsou nutná pro účely modelu. Pokud je zvolena hustota větrné síly (wind power density) jako zdroj větrných dat v části modelu nazvané Model pro výpočet vyprodukované el. energie (Energy Model worksheet), potom možnost user-defined není vhodná pro buňku Energy curve data source - zdroj dat (podkladů) křivky el. energie. Faktor tvaru / Shape factor Uživatel zadá hodnotu pro faktor tvaru, což je charakteristika Weibullova rozdělení. Obvykle se tento faktor pohybuje v rozmezí od 1 do 3. Pro danou průměrnou rychlost větru nižší hodnota faktoru indikuje relativně široké rozdělení rychlostí větru kolem průměru, vyšší hodnota indikuje relativně úzké rozdělení rychlostí větru kolem průměru. Nižší faktor tvaru svědčí o vyšší hustotě větrné energie pro danou průměrnou rychlost větru. Toto zpravidla vede k vyšší produkci energie, kromě míst s vysokou průměrnou rychlostí větru, kde produkce energie bude omezena díky vyššímu výskytu vyšších rychlostí větru než je odpojovací rychlost turbíny (turbine cut-out wind speed). Údaje o produkci větrné turbíny / Wind turbine production data V této části jsou počítány údaje o produkci el. energie danou větrnou turbínou nebo jsou tyto údaje zadávány uživatelem modelu. Rychlost větru / Wind speed Toto je rozpětí možných rychlostí větru v m/s, pro které jsou zadávána data křivky elektřiny (power curve data) a data křivky energie (energy curve data). Pokud je údaj používán v souvislosti s daty křivky elektřiny, potom indikované rychlosti větru odpovídají okamžitým rychlostem větru. Pokud je údaj používán v souvislosti s daty křivky energie, potom indikované rychlosti větru odpovídají ročním průměrným hodnotám rozdělení rychlosti větru. Data křivky el. energie / Power curve data Uživatel zadává data křivky síly větrné turbíny (kw), což je okamžitá energie (síla) dodaná větrnou turbínou měřená při jeho pracovním rozsahu (operating range) rychlostí větru ve výšce osy rotoru. Tato výkonová charakteristika je obvykle poskytována výrobcem větrných turbín. Model uvažuje, že energetický výstup je stanovený pro (rated at) 15 C a 101,3 kpa. Uživatel může pro získání více informací využít RETScreen online databázi. Pokud je zvolena možnost standard nebo custom v buňce zdroj dat křivky el. energie (energy curve data source), model uvažuje, že vybraná větrná turbína má odpojovací rychlost 25 m/s, což znamená, že turbína je vyloučena z provozu pro všechny rychlosti větru vyšší než 25 m/s. Pokud uživatel zvolí možnost user-defined, potom data křivky el. energie jsou zadána pouze pro účely srovnání a nejsou nutná pro spuštění modelu. VĚTRNÁ.19