NAPOVED ENERGETSKE IN EKONOMSKE UČINKOVITOSTI … · Posledica tega je dvigovanje toplega in vlažnega zraka na ekvatorju in njegovo gibanje v zgornji del troposfere v smeri proti

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Patrik AMBROŽIČ

NAPOVED ENERGETSKE IN EKONOMSKE

UČINKOVITOSTI VETRNE TURBINE S

PROGRAMSKIM PAKETOM RETSCREEN

EXPERT

Diplomsko delo

univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje

Tehniško varstvo okolja

Maribor, september 2018

NAPOVED ENERGETSKE IN EKONOMSKE

UČINKOVITOSTI VETRNE TURBINE S

PROGRAMSKIM PAKETOM RETSCREEN

EXPERT

Diplomsko delo

Študent: Patrik AMBROŽIČ

Študijski program: univerzitetni študijski program 1. stopnje

Tehniško varstvo okolja

Mentor: red. prof. dr. Aleš HRIBERNIK

Maribor, september 2018

I

II

I Z J A V A

Podpisani Patrik Ambrožič, izjavljam, da:

je diplomsko delo rezultat lastnega raziskovalnega dela pod mentorstvom red. prof. dr.

Aleša Hribernika,

predloženo delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli

izobrazbe po študijskem programu druge fakultete ali univerze,

so rezultati korektno navedeni,

nisem kršil avtorskih pravic in intelektualne lastnine drugih,

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet ter

Digitalni knjižnici Univerze v Mariboru, v skladu z Izjavo o istovetnosti tiskane in

elektronske verzije zaključnega dela.

Maribor, 25.9.2018 Podpis: ___________________________

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Alešu

Hriberniku za pomoč, usmerjanje in vodenje pri

izdelavi diplomskega dela.

Iskrena zahvala staršem in vsem domačim za

vzpodbudo, potrpežljivost in razumevanje. Posebna

zahvala gre Martini za neomajno podporo in pomoč.

IV

NAPOVED ENERGETSKE IN EKONOMSKE UČINKOVITOSTI

VETRNE TURBINE S PROGRAMSKIM PAKETOM RETSCREEN

EXPERT

Ključne besede: veter, moč vetra, vetrna turbina, analiza, Lisca, RETScreen Expert

UDK: 621.548.4.011(043.2)

POVZETEK

Diplomska naloga obravnava energetsko in ekonomsko analizo vetrne elektrarne s

programskim paketom RETScreen Expert. Analiza je sestavljena iz šestih korakov, ki jih

omogoča program. Lokacija postavitve vetrne elektrarne je Lisca, ki je vrh nad Sevnico.

Vetrno polje je sestavljeno iz petih turbin nemškega proizvajalca Enercon E53. Podatki so

izbrani iz baze podatkov samega programa, hitrost vetra je vnesena po podatkih Agencije

Republike Slovenije za okolje, odkupna cena električne energije iz vetrnih elektrarn pa je

izbrana iz portala Energetika Ministrstva za Infrastrukturo. Na podlagi opravljene analize

smo ugotovili, da bi se izgradnja vetrne elektrarne ne bi izplačala.

V

FORECASTING ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF WIND

TURBINE WITH SOFTWARE RETSCREEN EXPERT

Key words: wind, wind power, wind turbine, analysis, Lisca, RETScreen Expert

UDK: 621.548.4.011(043.2)

ABSTRACT

The diploma work deals energetic and economic analysis of wind power plant, with a

software package RETScreen Expert. The software enables/provides us an analysis, which

has six steps. The location of the installation of the wind power plant is Lisca, a hill near

Sevnica. The wind field consists of five turbines from the German manufacturer Enercon E53.

The data is selected from the database of the software itself, the wind speed is entered

according to the data of the Environmental Agency of the Republic of Slovenia. The purchase

price of the electricity from wind power plants was selected from website of Slovenian

Ministry of Infrastructure. Based on the analysis, we found that the construction of a wind

power plant wouldn’t pay off.

VI

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ....................................................................................................... - 1 -

2 VETER ..................................................................................................... - 2 -

2.1 Nastanek vetra ................................................................................... - 2 -

2.2 Energija in moč vetra ........................................................................ - 4 -

2.3 Zgradba vetrnih turbin ................................................................... - 12 -

2.4 Izkoriščanje vetrne energije v Sloveniji in svetu .......................... - 13 -

3 ANALIZA VETRNE ELEKTRARNE ................................................ - 16 -

3.1 Lokacija postrojenja in klimatski podatki .................................... - 17 -

3.2 Izbira postroja .................................................................................. - 20 -

3.3 Energetska analiza ........................................................................... - 21 -

3.3.1 Lastnosti vetrne turbine ................................................................................. - 25 -

3.4 Začetni stroški .................................................................................. - 26 -

3.5 Okoljska analiza .............................................................................. - 28 -

3.6 Finančna analiza .............................................................................. - 29 -

4 SKLEP .................................................................................................... - 32 -

VIRI IN LITERATURA .............................................................................. - 33 -

VII

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Planetarno kroženje zraka [7]. ............................................................................... - 3 -

Slika 2.2: Prikaz pretoka ter tlačni in hitrosti profil vetra pri pretoku skozi vetrnico [3]. .... - 5 -

Slika 2.3: Obtekanje osamljenega profila [3]. ....................................................................... - 7 -

Slika 2.4: Različne stopinje napadnega kota in »stall učinek« [1]. ....................................... - 8 -

Slika 2.5: Izkoristki nekaterih vrst vetrnic v odvisnosti od razmerja hitrosti u/vi [5]. .......... - 9 -

Slika 2.6: Efekt lijaka in efekt hriba [8]. ............................................................................. - 10 -

Slika 2.7: Efekt brazde [8]. .................................................................................................. - 11 -

Slika 2.8: Vetrno polje [8]. .................................................................................................. - 11 -

Slika 2.9: Prerez okova vetrne turbine [2]. .......................................................................... - 12 -

Slika 2.10: Povprečna letna hitrost vetra 50 m na tlemi v obdobju od 1994 do 2001 [10]. - 14 -

Slika 2.11: Vetrni elektrarni Nanos in Dolenja vas [7]. ...................................................... - 14 -

Slika 2.12: Inštalirana moč in nova inštalirana moč v letu 2017 [12]. ................................ - 15 -

Slika 3.1: Koraki analize. .................................................................................................... - 16 -

Slika 3.2: Izbira možnih lokacij v Sloveniji. ....................................................................... - 17 -

Slika 3.3: Lokacija postavitve vetrne elektrarne na Lisci [13]. ........................................... - 18 -

Slika 3.4: Klimatski podatki za Lisco podani v programu RETScreen Expert. .................. - 19 -

Slika 3.5: Vetrna roža za Lisco [10]. ................................................................................... - 19 -

Slika 3.6: Izbira postroja ter določitev imena projekta. ....................................................... - 20 -

Slika 3.7: Izbira vetrnice v programu RETScreen Expert. .................................................. - 21 -

Slika 3.8: Mesečni podatki v programu RETScreen Expert. ............................................... - 22 -

Slika 3.9: Izgube, izračun zmogljivosti, začetni stroški in letni doprinos vetrne turbine. ... - 23 -

Slika 3.10:Obratovalna karakteristika E-53 [14]. ................................................................ - 25 -

Slika 3.11: Vetrna turbina Enercon E-53 [14]. .................................................................... - 25 -

Slika 3.12: Začetni investicijski stroški. .............................................................................. - 26 -

Slika 3.13: Zmanjšanje emisij CO2...................................................................................... - 28 -

Slika 3.14: Finančna analiza vetrne elektrarne. ................................................................... - 29 -

Slika 3.15: Grafični prikaz nediskontiranih prihodkov in toka denarja. ............................. - 31 -

VIII

UPORABLJENI SIMBOLI IN KRATICE

P – moč

A – prerez, površina

W – delo, energija

F – sila

CV – koeficient vzgona

CU – koeficient upora

p – tlak

v – hitrost

– masni pretok

– gostota

– izkoristek

kPa – kilopaskal

t – tona

kg – kilogram

MW – megavat

MWh – megavatna ura

kW – kilovat

kWh – kilovatna ura

m – meter

m2 – kvadratni meter

s – sekunda

min – minuta

obr – obrat

°C – stopinja Celzija

€ – evro

CAD – kanadski dolar

NASA – Nacionalna zrakoplovna in vesoljska uprava ZDA

ARSO – Agencija Republike Slovenije za okolje

EU – Evropska unija

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

- 1 -

1 UVOD

Energijo vetra smo ljudje začeli izkoriščati že nekaj tisoč let nazaj. Zgodovina pravi, da so

Egipčani pred več kot pet tisoč leti uporabljali jadra na veter za potovanje po Nilu. Kasneje so

Vikingi prepluli Atlantik in prav jadrnice na veter so omogočile odkritja novih držav in

kolonialna osvajanja. Energijo vetra smo ljudje na kopnem začeli uporabljati kasneje kakor na

morju in rekah. Prve civilizacije so energijo vetra uporabljale za mletje žita, črpanje vode iz

vrtin in poganjanje namakalnih koles. Kasneje je sledil izum vetrnih mlinov, ki so jih

uporabljali za namakalne sisteme, obdelavo lesa in predelavo začimb, kakava in tobaka. Prve

mline na veter so morali ročno usmerjati proti vetru, izum repne vetrnice pa je pomenil

samodejno obračanje v smer vetra [1, 2].

Izkoriščanje energije vetra je proti koncu devetdesetih let prejšnjega stoletja doživelo velik

vzpon. Največjo rast so beležile evropske države z ugodnimi finančnimi sredstvi, raziskavami

in razvojem. S podpisom Kjotskega protokola so se države zavezale k zmanjšanju emisij

toplogrednih plinov in zmanjšanju odvisnosti od fosilnih goriv. To je pospešilo razvoj

alternativnih virov energije, med katere spada tudi vetrna [3].

V Sloveniji imamo zgrajeni le dve vetrnici s skupno močjo 3,21 MW: Nanos 0,91 MW in

Dolenja vas 2,3 MW. Razlog za to je predvsem slabša zemljepisna lega, ki je potrebna za

izkoriščanje vetra.

Potenciali vetrne energije so veliki in že dandanes nivo tehnologije vetrnic brez nadaljnjih

izboljšav z verjetnostjo omogoča napovedi, po katerih naj bi do sredine tega stoletja električna

energija iz vetrnih elektrarn predstavljala 10 do 20 odstotkov svetovne proizvodnje električne

energije [3].

Analiza vetrne elektrarne bo opravljena s programskim paketom RETScreen Expert – Clean

energy management software, ki ga je razvilo in financiralo Ministrstvo za okolje v Kanadi.

Programska oprema omogoča celovito projektiranje in načrtovanje potencialnih projektov iz

obnovljivih virov energije tako iz energetskega kot tudi finančnega in okoljskega vidika.

RETScreen Expert vsebuje številne podatkovne baze za pomoč uporabniku, vključno z

globalno bazo o podnebnih razmerah, pridobljenih iz 6700 zemeljskih meteoroloških postaj in

satelitskih podatkov agencije NASA [4].


- 2 -

2 VETER

2.1 Nastanek vetra

Del razpoložljive energije sončnega sevanja se v zemeljski atmosferi spreminja v notranjo in

kinetično energijo zračnih mas. Ta energija je posledica segrevanja zraka, izhlapevanja in

kondenzacije vode ter vrtenja Zemlje okoli lastne osi. Odvisna je od sončnega sevanja,

odboja, adsorpcije, konvektivnega in latentnega prenosa toplote. Zaradi neenakomerne

porazdelitve sončnega sevanja po zemeljski obli nastajajo v troposferi, najnižjem delu

zemeljske atmosfere, tlačne razlike, ki se izenačujejo z zračnimi tokovi. Pojem veter torej

označuje hitrost zračnih mas glede na Zemljino površino [5].

Vetrove razdelimo v planetarne in lokalne. Planetarni vetrovi so prikazani na sliki 2.1 in so

posledica segrevanja površine Zemlje vzdolž ekvatorja, ki je bolj segreta kot območje južnega

in severnega pola. Posledica tega je dvigovanje toplega in vlažnega zraka na ekvatorju in

njegovo gibanje v zgornji del troposfere v smeri proti obema poloma, medtem ko se hladni

zrak na obeh polih na površini Zemlje usmeri od polov proti ekvatorju. Topel tropski zrak se

v višjem sloju troposfere ohladi in spusti na površino Zemlje pri 30° zemljepisne širine. Večji

del se usmeri nazaj proti ekvatorju, manjši del pa proti južnemu in severnemu polu. Pri 60°

zemljepisne širine trči ob zračne mase, ki se spuščajo od obeh polov. Posledica tega je

ponovno dvigovanje zračnih mas v troposfero, večji del zraka se nato usmeri nazaj proti 30°

zemljepisne širine, del pa ga potuje naprej proti obema poloma, kjer se spušča na Zemljo in se

od polov ob površini Zemlje usmeri proti ekvatorju, s čimer se zaključi planetarno kroženje

zraka [3].

Zaradi rotacije Zemlje na smer gibanja planetarnih vetrov vpliva tudi Coriolisov pospešek, ki

ga je leta 1835 odkril Gaspard-Gustave de Coriolis1. Topel zrak, ki v visokih zračnih plasteh

potuje proti obema poloma in se giblje iz zahoda proti vzhodu na obeh poloblah, imenujemo

zahodnik. Na drugi strani pa se hladen zrak, ki se od obeh polov pomika proti ekvatorju,

zaradi Coriolisovega pospeška usmeri proti zahodu. Posledica tega je nastanek polarnega

severovzhodnika in severovzhodnih pasatov v subtropskem pasu severne poloble, na južni pa

nastaneta polarni jugovzhodnik in jugovzhodni pasati [3, 6].

1 Francoski fizik, inženir in znanstvenik


- 3 -

Slika 2.1: Planetarno kroženje zraka [7].

Lokalni vetrovi se izoblikujejo zaradi dveh mehanizmov. Prvi je posledica neenakomernega

ogrevanja Zemljine površine. Sončno sevanje se na kopnem skoraj v celoti pretvori v

senzibilno energijo in poviša temperaturo Zemljinega površja, na vodnih površinah pa se ga

nekaj absorbira v globljih vodnih slojih, nekaj pa porablja za izhlapevanje vode. Temperatura

kopnega zato naraste nad temperaturo vodnih površin, kar povzroči hitrejše segrevanje zraka

nad kopnim, ki se začne dvigati. Proti kopnem nato začne pihati hladnejši zrak nad vodo, ki

ga imenujemo maestral. Ponoči se smer vetra obrne, saj se kopno bolj ohladi kot voda,

nastane kopnik, ki ga pri nas imenujemo burin. Drugi mehanizem pa je posledica razgibanega

reliefa, predvsem hribov in gora. Zrak nad pobočjem se čez dan ogreje, ponoči pa ohladi bolj

kot zrak v dolinah. To povzroči gibanje toplega zraka ob pobočju navzgor podnevi in gibanje

hladnega zraka navzdol ponoči. Veter, ki piha navzgor, imenujemo gornik, veter, ki piha

navzdol pa dolnik [3].

Vetrna energija izvira iz sončevega sevanja. Ocenjuje se, da se približno dva odstotka vse

sončne energije pretvori v kinetično energijo in da se 30 odstotkov te kinetične energije

pojavlja pod 1000 metri nadmorske višine ter jo je mogoče uporabiti v vetrnih turbinah [3].


- 4 -

2.2 Energija in moč vetra

Kinetično energijo vetra v mehansko rotacijsko obliko za pogon električnih generatorjev

pretvarjamo z vetrnimi turbinami. Zaradi variabilne hitrosti in pretočne zračne mase ima

energija vetra praviloma spremenljiv značaj. Moč toka zračne mase zapišemo kot produkt

masnega pretoka in specifične kinetične energije [3]:

, (2.1)

kjer je moč vetra, masni pretok in hitrost vetra.

Masni pretok skozi opazovan prerez A podamo z enačbo:

, (2.2)

kjer je gostota zraka (≈ 1,2 kg/m3) in hitrost vetra.

Enačbo (2.2) za masni pretok vstavimo v enačbo (2.1) in dobimo enačbo za moč zračnega

toka, ki v prerez vstopa s hitrostjo .

(2.3)

Moč vetra narašča s tretjo potenco hitrosti in je sorazmerna gostoti zraka ter površini

opazovanega prereza.

Maksimalen izkoristek moči energije vetra

Celotne kinetične energije vetra vetrnica ne more pretvoriti v mehansko delo. Veter se pri

prehodu skozi pretočno površino rotorja upočasni s hitrosti na . Sprememba hitrosti ni

trenutna, ampak se postopoma zmanjšuje od proti in nato od proti . Razliko

kinetičnih energij vetra zaradi zmanjšanja njegove hitrosti prevzame rotor v obliki mehanske

energije rotacije. Mehanska moč turbine je torej odvisna od razlike med vstopno in izstopno

hitrostjo vetra. Upoštevamo zakon o ohranitvi mase in zapišemo Bernoullijevo enačbo, kjer

sta hitrost in tlak pred turbino enaka in , za turbino pa in [3, 6]:

Pred vetrno turbino:

(2.4)

Za vetrno turbino:

(2.5)


- 5 -

Enačimo enačbi (2.4) in (2.5) ob predpostavki, da se daleč za turbino v točki e tlak izenači s

tlakom okolice, torej velja in da se hitrost vetra pri pretoku skozi rotor zmanjša

občutno manj kot med točkama i in e ter vpeljemo srednjo hitrost pretoka vetra ,

dobimo [3]:

(2.6)

Slika 2.2: Prikaz pretoka ter tlačni in hitrosti profil vetra pri pretoku skozi vetrnico [3].

Aksialno silo v smeri vetra, ki deluje na turbinsko kolo s površino A pravokotno na smer

gibanja vetrov zapišemo [3]:

(2.7)

Ker je masni pretok enak , lahko silo F zapišemo:

(2.8)

Enačimo enačbi (2.7) in (2.8) in dobimo:

(2.9)


- 6 -

Delo, ki se prenaša na turbinsko kolo, je enako razliki kinetičnih energij. Zapišemo ga v

specifični obliki:

, (2.10)

Moč turbinskega kolesa:

(2.11)

Hitrost v zgornji enačbi zapišemo z izrazom v enačbi (2.9) in dobimo:

(2.12)

Moč turbine je odvisna od hitrosti za turbino , ki v prvem delu enačbe nastopa s pozitivnim,

v drugem pa z negativnim predznakom. To pomeni, da obstaja neka optimalna vrednost

hitrosti za turbino, pri kateri je moč turbine največja. Vetrna turbina odvzame vetru največ

moči, če mu zmanjša hitrost na eno tretjino vstopne hitrosti [3]:

(2.13)

Vstavimo jo v enačbo (2.12) in dobimo izraz za največjo dosegljivo moč turbine:

(2.14)

Razmerje med največjo dosegljivo močjo turbine in močjo vetra imenujemo teoretični

izkoristek ali Betzov2 koeficient, ki pokaže, da lahko vetrnica pretvori v koristno delo le 59,26

odstotkov vetrne energije.

(2.15)

Dejanska moč vetrne turbine

Na krila rotorja vetrnice poleg sile težnosti delujejo še sila vzgona in sila upora. Hitrost toka

zraka je ob primerno oblikovanem aerodinamičnem telesu na spodnji strani telesa različna

kakor na zgornji. Višja hitrost na zgornji strani krila pomeni, da bo zračni tlak ob zgornji

površini manjši kakor ob spodnji in zato bo na spodnji strani krila sila večja. Razlika v sili, ki

jo imenujemo sila aerodinamičnega vzgona, povzroči vrtenje krila rotorja. Sile, ki se pojavijo

2 Albert Betz, nemški fizik in pionir tehnologije vetrnih turbin


- 7 -

zaradi upora krila toku zraka, nastanejo zaradi spreminjanja kinetične energije v tlačno, saj se

hitrost ob krilu zmanjša. Sili navajamo s koeficientoma vzgona CV in upora CU, kjer je s

dolžina tetive profila, l pa dolžina krila [2].

(2.16)

(2.17)

Slika 2.3: Obtekanje osamljenega profila [3].

Koeficienta vzgona in upora sta odvisna od pogojev obtekanja prikazanih na sliki 2.3, ki jih

določa napadni kot , ki je kot med tetivo profila in relativno hitrostjo vetra. Kot med obodno

in relativno hitrostjo imenujemo relativni kot , razliko med kotoma pa predstavlja nastavni

kot , ki meri kot med tetivo profila in obodno smerjo. Na velikost rezultante sil, ki povzroča

vrtenje rotorja, lahko vplivamo s spreminjanjem napadnega kota. Pri velikem napadnem kotu

se tokovnice ob zgornjem robu krila, kjer imamo manjši tlak, lahko ločijo in vrtinčijo, kar

povzroči zmanjšanje sile aerodinamičnega vzgona. Ta pojav imenujemo »stall učinek« in ga

uporabljamo za zaustavljanje vetrnice v primeru prevelike hitrosti vetra [2, 3].


- 8 -

Slika 2.4: Različne stopinje napadnega kota in »stall učinek« [1].

Pri vetrnih turbinah so okoliščine obtekanja profila odvisne od obodne hitrosti in hitrosti

vetra. Pogoji natekanja profila lopatice pa niso enaki po celotni dolžini. Obodna hitrost se

povečuje z večanjem oddaljenosti od osi vrtenja, posledica tega pa je spreminjanje relativne

hitrosti obtekanja, da ostaja napadni kot konstanten, pa moramo prilagajati tudi naklon

profila. Največji teoretični izkoristek, ki je naveden v enačbi (2.15), velja le ob idealnih

pogojih obtekanja lopatice, ki pa v praksi nikoli niso izpolnjene. Izkoristki nekaterih

praktičnih izvedb vetrnih turbin so odvisni od hitrostnega števila. To je razmerje med obodno

hitrostjo vrha lopatice in hitrosti vetra [3].

(2.18)

Izkoristek idealne propelerske turbine je močno odvisen od hitrostnega števila. Najvišji

izkoristki so pri vrednostih nad 5, pri hitrostnih številih nižjih od 2 pa izkoristek pade tudi v

primeru idealne izvedbe. Očitnejša odvisnost se opazi pri dejanskih turbinah. Črka A na sliki

2.5 prikazuje idealno propelersko vetrnico z izkoristkom η = 16/27, B ameriško vetrnico z več

lopaticami, C Savoniusovo vetrnico, Č sodobno vetrnico s tremi lopaticami, D nizozemski

štiri lopatni mlin na veter, E sodobno vetrnico z dvema lopaticama in F Darrieusovo vetrnico

[5].


- 9 -

Slika 2.5: Izkoristki nekaterih vrst vetrnic v odvisnosti od razmerja hitrosti u/vi [5].

Največji izkoristek se pojavlja v območju optimalnega razmerja obodne hitrosti vrha lopatice

in hitrosti vetra. Dejanski izkoristki tako ne presegajo 50 odstotkov in se običajno gibljejo

med 30 in 40 odstotki. Moč vetrne turbine tako zapišemo [3]:

(2.19)

Pri optimalnih pogojih obratovanja je aksialna sila proporcionalna kvadratu hitrosti vetra in

kvadratu premera rotorja. Povečevanje premera je omejeno z maksimalnimi dopustnimi

napetostmi, ki jih nosilna konstrukcija lahko prenese. Aksialno silo smo zapisali z enačbo

(2.7) pri pogoju za največji izkoristek pretvorbe, ko velja

, pa je njena vrednost

[3]:

(2.20)


- 10 -

Vplivni dejavniki na hitrost vetra

Pri preučevanju lokacij za postavitev vetrnic igra pomembno vlogo oblika zemeljskega

površja. Dejavniki, ki vplivajo na hitrost vetra so efekt hriba, efekt lijaka in efekt brazde.

Postavitev vetrnih turbin na vrhovih hribov in gorskih grebenov s pogledom na okoliško

pokrajino je zelo pogosta. Hitrost vetra na hribih je lahko tudi višja kot v okolici, saj takšna

postavitev izkorišča povišanje tlaka na privetrni strani in podtlak, ki nastane na zavetrni strani

hriba, tlačno razliko pa vetrna turbina s pridom izkoristi. Če je pobočje prestrmo, lahko pride

do močne turbulence, kar negativno vpliva na višje hitrosti vetra [3].

Efekt lijaka nastane, ko se zmanjša pretočni prerez vetra. Posledica tega je naraščanje hitrosti

vetra, zato je takšna lokacija ugodna za postavitev vetrnic. V naravnem okolju nastane ob

prehodu iz ravninskega v hribovit svet, ko veter trči ob vzporedne ovire in nadaljuje pot skozi

lijak. Bolj gladke kot so stene lijaka, tem boljši je efekt, saj neravnine povzročijo vrtinčenje in

turbulence izničijo ugodne učinke [8].

Slika 2.6: Efekt lijaka in efekt hriba [8].

Vetrna polja sestavlja večje število vetrnic na nekem določenem območju. Prednost velikih

vetrnih polj je cenejša gradnja in infrastruktura ter boljši izkoristek prostora. Slabost gradnje

vetrnih polj pa je nastajanje efekta brazde v vetrnem toku, ki vpliva na delovanje vetrnic, ki si

sledijo ena za drugo. Veter pri prehodu skozi turbino odda del kinetične energije, ki jo

vetrnica pretvori v mehansko delo. Posledica tega pa je, da turbino zapušča zvrtinčen tok

vetra, ki ima nižjo hitrost. Povečana turbulenca in znižana hitrost zračnega toka pa vplivata na

izkoristek in moč vetrnic. Zato so vetrne turbine v polju navadno razporejene za vsaj tri

premere rotorja narazen, da se izognemo močnim turbulencam v smeri toka. V prevladujoči

smeri vetra pa so turbine običajno razporejene še dlje [3, 8].


- 11 -

Slika 2.7: Efekt brazde [8].

Praviloma se vetrnice v vetrnih poljih gradijo z razmikom nekje med pet in devet premerov

rotorja v smeri prevladujočega vetra in tri do pet premerov rotorja v smeri, ki je pravokotna na

smer prevladujočega vetra. Shematska razporeditev vetrnega polja je prikazana na sliki 2.8.

Vetrnice predstavljajo bele pike, ki so v smeri prevladujočega vetra oddaljene za razdaljo

sedmih rotorjev, pravokotno na smer pa razdalja znaša štiri premere rotorja. Izguba zaradi

medsebojnega vpliva vetrnic znaša pri takšni postavitvi približno pet odstotkov [3, 8].

Slika 2.8: Vetrno polje [8].


- 12 -

2.3 Zgradba vetrnih turbin

Sodobne vetrne turbine so sestavljene iz treh osnovnih elementov. To so rotor, okov z

reduktorjem, krmilnim sistemom in generatorjem ter cevni stolp s temeljem.

Rotor je element s kraki, katerih prerez je oblikovan tako, da zaradi hitrosti vetra in vrtenja

rotorja nanj deluje rezultanta sil zračnega upora in vzgona, ki povzroča vrtenje rotorja. Oblika

rotorja izhaja iz oblik letalskih in helikopterskih propelerjev, le da je dolžina krakov občutno

daljša. Premeri rotorja velikih turbin dosegajo dolžine 70 metrov, zato jih uvrščamo v

področje letalskih kril širokega razpona. Danes so najpogostejše izdelave dvokrakih in

trikrakih rotorjev, pri katerih prevladujejo trikrake izvedbe, dvokrake izvedbe pa se

uporabljajo predvsem na velikih napravah, ki se načrtujejo in gradijo na odprtih morjih.

Inženirji se pri izpopolnjevanju rotorja posvečajo predvsem obliki profilov lopatic, da bi

dosegli čim višji učinek rotorjev v izbranem območju vetra [2, 3].

Slika 2.9: Prerez okova vetrne turbine [2].

V okovu je zbrana vsa oprema za prenos in pretvorbo mehanskega dela v električno energijo.

Število vrtljajev rotorja sodobnih vetrnic je med 10 in 30 obratov na minuto. Ker mora imeti

generator električne energije bistveno večje število vrtljajev, običajno 1500 obratov na


- 13 -

minuto, je med rotor in generator vgrajen menjalnik, ki poveča število vrtljajev. Električni

generatorji delujejo po načelu elektromagnetne indukcije in proizvajajo izmenično napetost. V

razmerah šibkega in viharnega vetra se uporabi zavora za zaustavitev rotorja. Veter poleg

moči spreminja tudi smer, zato se morajo vetrnice temu prilagajati, za kar skrbi sistem za

kontrolo usmeritve. Poseben sistem pa skrbi za krmiljenje kota lopatic in s tem za delovanje

po predpisani karakteristiki [2, 3].

Naloga stolpa je nošenje rotorja in okova na določeni višini in zagotavljanje stabilnosti za

nemoteno delovanje. Hitrost vetra se z oddaljenostjo od površja Zemlje povečuje, zato mora

biti os rotorja visoko nad tlemi. Pravilo je, da višina stolpa ne presega premera rotorja, kar

zagotavlja zadostno oddaljenost lopatice rotorja od tal. Osnovna mehanska obremenitev stolpa

je upogib, ki je posledica aksialne sile. Poznamo dve izvedbi stolpov. Starejša je jeklena

palična konstrukcija, novejša pa cevna, ki se uporablja zaradi manjšega aerodinamičnega

upora in nižje intenzitete turbulence za vetrnico ter se v njih lahko povzpnemo do turbine

oziroma generatorja. Stolpi so postavljeni na temelje iz armiranega betona, ki pogosto

dosežejo globino tudi do 50 metrov [3, 8].

2.4 Izkoriščanje vetrne energije v Sloveniji in svetu

Vetrovne razmere v Sloveniji določata predvsem njena geografska lega v zmernih geografskih

širinah severne poloble, lega na jugovzhodni strani Alp, ob robu Panonske nižine in bližina

Sredozemskega morja. Vsi močnejši vetrovi so v Sloveniji povezani s cikloni oziroma z

dolinami v valujočem zahodnem toku, najmočnejši pa so povezani s prehodi front in

sredozemskimi cikloni. Obdobja intenzivnih vremenskih procesov in močnih vetrov so

časovno razmeroma kratka, okoli ene tretjine časa. Obdobja anticiklonalnega vremena, ko je

vetra le malo, so dolgotrajnejša od obdobij ciklonalnega vremena. Zelo pogosto je poletno

trajno anticiklonalno vreme, podobno je tudi konec zime in v začetku pomladi [9].

Na vetrovne razmere v Sloveniji bistveno vplivajo Alpe. Glede na Alpe je Slovenija v

njihovem zavetrju, kadar pihajo zahodni, severozahodni ali severni vetrovi. V takšnih

situacijah, ki so zelo pogoste, so spodnje plasti ozračja nad Slovenijo v zavetrnem zatišju in

vetrovi so tedaj nad Slovenijo precej šibki. Zato so tudi glede na razmere drugod po Evropi

vetrovi v Sloveniji šibki. Kadar pa so vetrovi pri nas močni, so časovno in prostorsko omejeni

[9].


- 14 -

Slika 2.10: Povprečna letna hitrost vetra 50 m na tlemi v obdobju od 1994 do 2001 [10].

Prav geografska lega pa je glavni razlog za to, da ima Slovenija le dve vetrnici s skupno

močjo 3,21 MW. Večja izmed njiju je Vetrna elektrarna Dolenja vas, ki ima nazivno moč 2,3

MW. Druga vetrnica pod Nanosom je manjša in ima nazivno moč 0,91 MW. V preteklosti se

je omenjala postavitev vetrne elektrarne Volovja reber, vendar se je zapletlo že pri

pridobivanju soglasij. Kot možne lokacije za postavitev vetrnih polj se omenjajo še Ojstrica

nad Dravogradom, Vremščica, Selivec, Senožeška Brda in Slivniško Pohorje [3, 11].

Slika 2.11: Vetrni elektrarni Nanos in Dolenja vas [7].


- 15 -

Naraščanje svetovnih potreb po električni energiji, manjšanje zalog fosilnih goriv in podnebne

spremembe so razvoj vetrnih elektrarn pognale strmo navzgor. V evropskem merilu so

največja vlaganja v razvoj vetrne energije beležile Danska, Španija in Nemčija, ki so danes

med največjimi evropskimi proizvajalkami električne energije iz vetrnih elektrarn. ZDA so v

začetku 21. stoletja beležile strm vzpon izrabe vetrne energije, ki je v osemdesetih letih

minulega stoletja predstavljala več kot 90 odstotkov svetovne proizvedene vetrne energije, a

je nato razvoj zaradi neugodnih finančnih razmer skoraj popolnoma zastal [3].

Slika 2.12: Inštalirana moč in nova inštalirana moč v letu 2017 [12].

Danes v svetovnem merilu največ električne energije iz vetrnih elektrarn proizvede Kitajska,

ki ima tudi največjo porast gradenj novih vetrnih elektrarn v letu 2017, sledijo ji ZDA in

Nemčija. Največjo inštalirano moč v Evropi imajo Nemčija, Španija, Francija in Italija, ki se

uvrščajo med deset držav, ki proizvedejo največ električne energije iz vetrnih elektrarn. Med

prvih deset držav z najvišjim deležem nove inštalirane moči v zadnjem letu se v Evropi

uvrščajo Nemčija, Velika Britanija, Francija, Turčija in Finska, v svetu pa Kitajska, ZDA,

Indija, Brazilija in Južnoafriška republika.


- 16 -

3 ANALIZA VETRNE ELEKTRARNE

Program omogoča analizo projekta v 10 korakih: lokacija, postrojenje, energija, stroški,

emisije, finance, tveganje, podatki, analitika in poročilo.

Slika 3.1: Koraki analize.

Za naš projekt bo izvedena študija izvedljivosti, ki vsebuje prvih 7 korakov in poročilo. Prvi

korak je izbira lokacije, kjer določimo lokacijo postrojenja. Program nam na podlagi izbrane

lokacije izpiše klimatske podatke izmerjene na tej lokaciji iz njegove baze podatkov.

Naslednji korak je izbira postroja, kjer izberemo vrsto postroja, ki ga bomo analizirali in

določimo namen analize. Tretji korak je energija, kjer izberemo možnost letne ali mesečne

analize, določimo znamko proizvajalca, število vetrnih turbin, izgube in začetne investicijske

stroške. V četrtem koraku vnesemo celotne stroške, ki jih bomo investirali v izgradnjo

projekta. V koraku emisije nam program na podlagi vnesenih podatkov izračuna, koliko manj

emisij CO2 bomo izpustili v okolje. V šestem koraku finance vnesemo življenjsko dobo

projekta, dobo odplačevanja kredita in program nam na podlagi celotnih preračunov poda


- 17 -

dobo vračanja in prihodke ter odhodke glede na leta obratovanja ter skupno bilanco po izteku

življenjske dobe projekta. Sedmi korak tveganje bomo izpustili, ker je povsem ekonomsko

obarvan, saj prikazuje območja ekonomskega tveganja različnih sektorjev, do katerih bi v

izgradnji projekta lahko prišlo.

Korak podatki omogoča vnos porabe goriva, električne energije in vode, ki bi se porabila v

izgradnji postroja in njegovem delovanju. Ta analiza bi bila bolj primerna v primeru parne ali

plinske turbine oziroma v analizah različnih kogeneracij. Deveti korak analitika nam na

podlagi vnesenih podatkov v osem koraku in izračunov poda grafe proizvedene toplotne in

električne energije v časovnem obdobju, ki ga določimo. Zadnji korak nam izdela poročilo o

projektu.

3.1 Lokacija postrojenja in klimatski podatki

V programskem orodju RETScreen Expert je na začetku analize potrebno izbrati lokacijo

postrojenja. V Sloveniji so na izbiro naslednje lokacije prikazane na sliki 3.2: Murska Sobota,

Maribor, Lisca, Novo mesto, Ljubljana, Brnik, Kredarica, Nova Gorica, Koper in Piran.

Slika 3.2: Izbira možnih lokacij v Sloveniji.


- 18 -

Postavitev vetrne elektrarne prikazuje slika 3.3. Vetrne turbine bodo postavljene na Lisci, ki

je razgledni vrh v Posavju, severno od Sevnice in južno od Laškega. Ima dva vrhova, nižji je

Mala Lisca. Na višjem stoji meteorološka radarska postaja, pod njim pa sta dve planinski

postojanki: Jurkova koča in Tončkov dom, do katerih vodi asfaltirana cesta. Njen vrh je visok

948 metrov.

Slika 3.3: Lokacija postavitve vetrne elektrarne na Lisci [13].

Na podlagi izbire lokacije nam program izpiše klimatske podatke za lokacijo, ki smo jo

izbrali. Na sliki 3.4 so prikazani podatki za Lisco. Meteorološka postaja stoji na 941 metrih.

Povprečna letna temperatura zraka je 7,7 °C, povprečna letna hitrost vetra pa 3,3 m/s merjena

na 10 metrih višine nad tlemi.


- 19 -

Slika 3.4: Klimatski podatki za Lisco podani v programu RETScreen Expert.

Slika 3.5 prikazuje vetrno rožo za Lisco. Zaradi oblike površja sta najpogostejša vetrova

severovzhodnik in jugozahodnik, pogost je tudi jugovzhodnik.

Slika 3.5: Vetrna roža za Lisco [10].


- 20 -

3.2 Izbira postroja

V drugem koraku je potrebno določiti vrsto postroja, ki ga bomo analizirali. Izbiramo lahko

med biomaso, gorivnimi celicami, plinsko turbino, parno turbino, geotermalno energijo,

hidroenergijo, sončno energijo, energijo morskih tokov, energijo valov in vetrno energijo.

Izbiramo lahko še med gradnjo elektrarne ali analizo za hišo, stanovanjski blok in industrijski

objekt. Nato določimo ime projekta in investitorja, ki pripravlja projekt.

Slika 3.6 prikazuje osnovne podatke o našem projektu. Analizo bomo opravili za vetrno polje

nazivne moči 4 MW.

Slika 3.6: Izbira postroja ter določitev imena projekta.


- 21 -

3.3 Energetska analiza

V koraku energija lahko izbiramo med tremi stopnjami analize. Stopnja 1 nam omogoča letno

analizo vetrne elektrarne, kjer sami določimo faktor zmogljivosti. Stopnja 2 nam omogoča

letno analizo vetrne elektrarne, kjer program na podlagi letnih klimatskih razmer in vnesenih

izgub določi faktor zmogljivosti. Stopnja 3 nam omogoča mesečno analizo vetrne elektrarne

na podlagi mesečnih klimatskih razmer in vnesenih izgub. V vsaki stopnji je potrebno določiti

še vrsto vetrne turbine, ki jo bomo uporabili v analizi in število le-teh. Naša analiza bo

izvedena s stopnjo 3.

Slika 3.7: Izbira vetrnice v programu RETScreen Expert.

Slika 3.7 prikazuje izbiro vetrnic, njihove osnovne podatke in njihovo število. Najprej je

potrebno izpolniti še klimatske podatke za lokacijo, saj nam program omogoča spreminjanje

vhodnih podatkov, v kolikor bi prišlo do prevelikega razpona med realnimi podatki in podatki

v bazi. Na desni strani nam program ponudi podatke iz njegove baze. Letna povprečna hitrost

vetra znaša 3,3 m/s merjena na 10 metrih višine nad tlemi, povprečna letna temperatura zraka

je 7,7 °C, povprečni letni atmosferski tlak pa 95,9 kPa. Podatke prepišemo, spremenimo le

letno povprečno hitrost vetra, ki po podatkih ARSA znaša 3,45 m/s. Potrebno je določiti še

eksponent porazdelitve vetra. Program nam za vsako postavko, ki jo moramo vpisati, ponudi

pomoč v obliki razlage, kaj ta postavka pomeni in koliko so primerne vrednosti zanjo.

Eksponent porazdelitve vetra lahko znaša med 0,1 in 0,4. Naša elektrarna bo postavljena na


- 22 -

hribu in zato zaradi pojava efekta hriba za eksponent porazdelitve vetra določimo vrednost

0,3.

Pri izbiri vetrne turbine lahko izbiramo vetrnice iz baze, ki jih ponuja program. Izbiramo

lahko med 57 proizvajalci vetrnih turbin. Ko izberemo proizvajalca in model vetrnice,

moramo določiti še število le-teh. Po izbiri vetrnice nam program izpiše nekatere

pomembnejše karakteristike izbrane vetrne turbine. Izberemo vetrnico E-53 nemškega

proizvajalca Enercon, ki stoji na stolpu visokem 73 metrov. Povprečna letna hitrost vetra na

vrhu stolpa tako znaša 6,3 m/s. Nazivna moč ene vetrnice znaša 0,8 MW. Vetrno polje bo

sestavljeno iz 5 vetrnic, torej bo kapaciteta naše elektrarne 4 MW. Premer rotorja je 52,9

metra, površina rotorja pa 2198 m2. Faktor oblike ima lahko vrednost med 1 in 3, izberemo

priporočljivo vrednost 2.

Slika 3.8: Mesečni podatki v programu RETScreen Expert.

Slika 3.8 prikazuje mesečne podatke za izbrano lokacijo. Ker nam program omogoča

spreminjanje vhodnih podatkov, smo povprečne mesečne hitrosti vetra vnesli po podatkih

ARSA [10], ki so bile merjene v obdobju 2001 – 2016. Povprečna letna hitrost vetra na 10

metrih nad tlemi tako znaša 3,45 m/s, zaradi zaokroževanja pa nam program izpiše vrednost

3,5 m/s. Podatki za atmosferski tlak in temperaturo zraka so vneseni iz baze podatkov

programa. Odkupna cena za električno energijo iz vetrnih elektrarn v Sloveniji znaša 0,09538

€/kWh [15]. Ker program zaokrožuje vrednost na dve decimalki, nam izpiše vrednost 0,10,

vendar s klikom na odkupno vrednost vidimo, da pri preračunu upošteva vneseno vrednost.


- 23 -

Odkupna cena za elektriko je za vse mesece enaka. Zadnji stolpec prikazuje oddano električno

energijo v omrežje. Največ je bomo oddali v mesecu januarju, decembru in novembru,

najmanj pa v juniju, juliju in avgustu, ko so povprečne hitrosti vetra tudi najnižje. Letno bomo

v omrežje oddali 9.060.221 kWh električne energije.

Slika 3.9: Izgube, izračun zmogljivosti, začetni stroški in letni doprinos vetrne turbine.

Določiti je potrebno še izgube vetrnih turbin, ki jih prikazuje slika 3.9:

4% zaradi možnosti pojavljanja efekta brazde, ker imamo vetrno polje

1% zaradi izgub na lopaticah

2% zaradi zagona in ustavitve vetrnice, premočnega vetra in izgub v omrežju

Program nam pri vseh izgubah poda priporočeno vrednost vpisa izgub v odstotkih. Zaradi

vetrnega polja in efekta brazde imamo 4 % izgub, kar je priporočena vrednost za vetrno polje,

ki ga sestavlja od 4 do 8 vetrnic. Izgube na lopaticah znašajo 1 %, saj imamo sodobno vetrno

turbino, ki je na tem področju že izpopolnjena. Priporočena vrednost izgub v omrežje je med

2 in 5 %. Ker imamo transformator postavljen blizu vetrnim turbinam in konstanten veter, kar

preprečuje preveliko ustavljanje in zagon vetrnic, izberemo vrednost 2 %. Določiti je


- 24 -

potrebno še razpoložljivost vetrne elektrarne, ki znaša 95 %. Priporočljiva vrednost je med 93

in 98 %.

Na podlagi izbranih in vpisanih podatkov nam program izračuna faktor zmogljivosti, ki znaša

25,9 %. V povprečju je ta faktor med 20 in 40 %.

Začetne stroške izberemo iz baze, ki nam jo ponuja program. Za kW nazivne moči vetrnega

polja v velikosti od 3.000 do 10.000 kW so začetni stroški po priporočeni vrednosti 3.000

CAD/kW, letni obratovalni stroški pa 84 CAD/kW. Ko vrednosti preračunamo v evre, so

začetni stroški 1965 €/kW, letni obratovalni stroški pa 55 €/kW. Začetni stroški za vetrno

turbino tako znašajo 7.860.000 €, letni obratovalni stroški pa 55 €/kW.

Ker v omrežje oddamo 9.060.221 kWh po odkupni ceni 0,09538 €/kW, je naš letni prihodek

864.164 € ob neupoštevanju povišanja cene električne energije.

Program nam izračuna tudi letno bruto proizvedeno energijo ene vetrnice v standardnih

pogojih, ki znaša 2.095.120 kWh. Ob upoštevanju tlačnega in temperaturnega koeficienta, ki

sta 0,946 in 1,026, znaša proizvedena energija brez upoštevanja izgub 2.047.919 kWh.

Koeficient izgub znaša 0,88, v primeru vrednosti nižje od 0,75 se postavitev elektrarne ne bi

izplačala. Specifična učinkovitost znaša 824 kWh/m2, po podatkih programa je navadno med

150 kWh/m2 za male vetrnice in do 1.500 kWh/m

2 za večje vetrne turbine v dobrih vetrovnih

pogojih.


- 25 -

3.3.1 Lastnosti vetrne turbine

Osnovni podatki [14]:

Nazivna moč: 0,8 MW

Stolp: cevna izvedba

Višina stolpa: 50 / 60 / 73 metrov

Premer rotorja: 52,9 metrov

Število lopatic: 3

Vklopna hitrost vetra: 3 m/s

Nazivna hitrost vetra: 13 m/s

Izklopna hitrost vetra: 28 – 34 m/s

Hitrost vrtenja: 11 – 29,5 obr/min

Površina rotorja: 2198 m2

Zavorni sistem:

Zasuk lopatic

Zavora rotorja

Zaklep rotorja

Slika 3.10:Obratovalna karakteristika E-53

[14].

Slika 3.11: Vetrna turbina Enercon E-53 [14].


- 26 -

3.4 Začetni stroški

Slika 3.12: Začetni investicijski stroški.

V finančni analizi, ki je prikazana na sliki 3.12 moramo najprej vnesti začetne investicijske

stroške projekta izgradnje vetrnega polja. Za študijo izvedljivosti projekta smo namenili

15.000 €. V razdelku inženiring 15.000 € namenimo modeliranju in simulacijam projekta.

Elektroinštalacijskemu inženiringu, ki vključuje izris načrta elektroinštalacij, izvedbo

elektroinštalacij in vezavo elektrarne v omrežje namenimo 30.000 €. Gradbenemu

inženiringu, ki vključuje izris projekta, vodenje dokumentacije in nadzor pri gradnji projekta,

skupaj namenimo 50.000 €.

Cena vetrne turbine za kW znaša 1.950 €, kar skupaj za vetrno elektrarno nazivne moči 4.000

kW nanese 7.800.000 €. Zaradi potreb transporta turbine moramo razširiti cesto od Sevnice do

Lisce v dolžini 8 km, za kar namenimo 200.000 €. Potrebna je tudi položitev kablovoda in

daljnovoda v dolžini 6 km. Cena za 1 km znaša 50.000 €, kar skupaj nanese 300.000 €. Da bo

elektrarna delovala, moramo postaviti še transformator. Program nam glede na nazivno moč


- 27 -

elektrarne poda približno ceno transformatorja. V našem primeru je potrebno postaviti

transformator napetosti 44 kV, kar znese približno 600.000 €. Pomožnim napravam

transformatorja namenimo 30.000 €, med katere prištevamo: kompresorske naprave, gasilne

naprave, telekomunikacijske naprave, ohmske in induktivne upore, oprema za prvo pomoč in

ogrevalne ter klimatske naprave.

Nekaj denarja je potrebno še nameniti za rezervne dele vetrne elektrarne v njeni življenjski

dobi. Program nam kot delež rezervnih delov navaja razpon od 1 do 3 % cene električnega

sistema. Izberemo srednjo vrednost 2 %, kar znaša 179.600 €. Za transport vetrnice od

proizvajalca do lokacije in avtodvigala namenimo 50.000 € in 10.000 € za umerjanje

elektrarne in nastavitve vseh procesov.

Za variabilni del stroškov celotnega projekta namenimo 3 % od investicije za primer, da bi

prišlo do kakšnih nenačrtovanih odhodkov, kar znaša 278.358 €. Začetni investicijski stroški

tako skupaj znašajo 9.556.958 €.


- 28 -

3.5 Okoljska analiza

Slika 3.13: Zmanjšanje emisij CO2.

Slika 3.13 prikazuje zmanjšanje emisij CO2 zaradi uporabe obnovljivega vira energije.

Emisijski faktor za zmanjšanje emisij ogljikovega dioksida za električno energijo je v

Sloveniji 0,53 kgCO2/kWh [11]. Zaradi prenosa in distribucije osnovnega elektroenergetskega

sistema, ki vključuje vse izgube energije med elektrarno in uporabnikom moramo upoštevati

delež izgub, ki v Sloveniji znaša 2 %. Tako bomo letno v okolje izpustili le 98 namesto

4.899.9 tCO2, kar pomeni, da bomo letno zmanjšali emisije CO2 za 4.801,9 ton bruto.

Zaradi zmanjševanja emisij ogljikovega dioksida bomo prejeli emisijske kupone. Priporočena

cena enega kupona s strani ARSA za leto 2017 znaša 5,76 € [11], a se je v letu 2018 cena

enega kupona zvišala za 275 %, kar znaša 15,84 €. Na dražbah lahko cene emisijskih kuponov

dosežejo tudi višje vrednosti. V Sloveniji se v povprečju cena za kupon giblje nekje okoli 14

€, to ceno bomo uporabili tudi v našem izračunu. En kupon predstavlja dovoljenje za izpust

ene tone toplogrednega plina. Življenjska doba projekta je ocenjena na 20 let, to pomeni, da

bomo enako obdobje trgovali tudi s kuponi. Po napovedih naj bi se cena emisijskih kuponov v

naslednjih 15 letih celo potrojila, zato bomo pri izračunu upoštevali 5 % letno rast cene


- 29 -

kuponov. Pristojbine pri trgovanju s kuponi znašajo 2 %, kar odštejemo od bruto vrednosti.

Ko odštejemo vse pristojbine, nam program izračuna neto redukcijo emisij CO2, ki znaša

4.705,9 ton. Če prodamo vse kupone, nam bodo na letni ravni prinesli 65.882 € brez

upoštevanja inflacije prodajne cene kuponov.

3.6 Finančna analiza

Slika 3.14 prikazuje finančno analizo vetrne elektrarne. Za podroben izračun je potrebno

določiti še nekatere vhodne podatke. Stopnja inflacije je v Sloveniji za leto 2017 znašala 1,7

%, torej bomo tako vrednost upoštevali tudi mi. Diskontna stopnja po podatkih EU znaša 5%

%. Življenjsko dobo projekta ocenimo na 20 let. Za izvedljivost projekta moramo vzeti kredit,

saj nimamo dovolj lastnih sredstev. Odločimo se, da bomo s kreditom pokrili 60 % celotne

investicije, kar znaša 5.734.175 €. Odplačevali ga bomo 12 let po 4 % obrestni meri tako, da

bo letni obrok kredita znašal 610.989 €.

Slika 3.14: Finančna analiza vetrne elektrarne.


- 30 -

V omrežje bomo letno oddali 9.060 MWh, odkupna cena znaša 95,38 €/MWh [15], kar

pomeni, da bo naš prihodek od prodane električne energije prvo leto 864.164 €. Po napovedih

EU naj bi se do leta 2030 cena električne energije zviševala, zato pri preračunu upoštevamo 1

% inflacijske stopnje za električno energijo. S prodajo emisijskih kuponov po ceni 14

€/kupon, bo naš zaslužek prvo leto 65.885 €. Po napovedih rasti cene emisijskih kuponov,

smo upoštevali 5 % rast, torej bomo kupone vsako leto prodali po ceni višji za 5 %. Prvo leto

bomo tako imeli 930.046 € prihodkov od prodaje kuponov in električne energije.

Letni odhodki prvih 12 let bodo skupaj z odplačevanjem kredita in obratovalnimi stroški

znašali 830.989 €, naslednjih 8 let pa bodo odhodke predstavljali samo obratovalni stroški, ki

znašajo letno 220.000 €.

Enostavna doba vračanja projekta je 13,5 let. Poda nam vrednost investicije, podeljeno z

razliko med letnimi prihodki od prodaje električne energije in emisijskih kuponov ter odhodki

zaradi vzdrževanja brez upoštevanja kredita. Vložen začetni kapital si bomo nominalno

povrnili v 14,3 letih.


- 31 -

Slika 3.15: Grafični prikaz nediskontiranih prihodkov in toka denarja.

Prvi graf na sliki 3.15 prikazuje nediskontirane prihodke v 20 letih obratovanja vetrne

elektrarne. Iz grafa razberemo, da bomo samo prvo leto poslovali negativno, kar je posledica

visokih investicijskih stroškov. Zaradi 1 % inflacijske stopnje cene električne energije bodo

naši prihodki vsako leto višji. Največji skok opazimo po 12 letih, ko odplačamo kredit.

Drugi graf prikazuje nediskontiran tok denarja v življenjski dobi vetrne elektrarne. Zaradi

začetnega finančnega vložka in odplačevanja kredita imamo prvih 14 let negativno bilanco.

Po 12 letih je viden prelom grafa, ko odplačamo kredit in graf začne strmo naraščati zaradi

manjših letnih stroškov. Po 20 letih tako pridelamo nominalno dobrih 5 milijonov dobička

pred plačilom davka. Upoštevaje 1,7 % inflacijo in 5 % diskontno stopnjo pa to na današnji

dan pomeni 664.912 €, kar je t.i. neto sedanja vrednost. To vrednost je potrebno znižati še za

vrednost davka, ki ga bomo vsakoletno plačevali.


- 32 -

4 SKLEP

Vetrna energija v Sloveniji zaradi slabših zemljepisnih pogojev ni zelo razvita, saj imamo le

dve vetrni elektrarni. Imamo pa nekaj mikrolokacij, kjer je veter primeren in bi bila izgradnja

vetrnih polj smiselna. Nekatere pobude za izgradnjo vetrnih elektrarn kot je Volovje rebro

niso bile uspešne predvsem zaradi zapletene birokracije, protestov nevladnih organizacij in

zaščitenih območij na mestih s primerno hitrostjo vetra.

Cilj diplomske naloge je bil prikazati delovanje in možnosti uporabe programa RETScreen

Expert. V teoretičnem delu so bili s pomočjo literature različnih avtorjev predstavljeni

nastanek vetra, energija in moč vetra, zgradba vetrnih turbin in stanje na področju vetrne

energije v Sloveniji in svetu. V eksperimentalnem delu sem se osredotočil na analizo vetrne

elektrarne na Lisci s programskim paketom RETSceen Expert. Analiza je sestavljena iz 6

korakov: lokacija postrojenja, izbira postroja, energetska analiza, začetni stroški, okoljska

analiza in finančna analiza.

Podatki klimatskih razmer so bili izbrani iz baze podatkov samega programa, zaradi

natančnejše analize sem spremenil hitrost vetra po podatkih Agencije Republike Slovenije za

okolje. Tukaj opazimo, da so podatki iz baze le malenkost odstopali od izmerjenih. Vhodni

podatki glede odkupne cene električne energije so bili vneseni iz portala Energetika

Ministrstva za infrastrukturo, kjer so zbrani vsi podatki in zakoni na področju energetike v

Sloveniji.

Zaradi dobrih karakteristik pri nižjih hitrostih vetra smo izbrali 5 vetrnih turbin proizvajalca

Enercon E-53. Faktor zmogljivosti glede na klimatske podatke in vnesene izgube znaša 25,9

%. Strošek celotne začetne investicije bi bil 9.556.958 €, letni obratovalni stroški pa 220.000

€. Po preračunih bi vetrno polje na leto proizvedlo 9.060,221 MWh. Električno energijo bi

prodali po zajamčeni ceni 95,38 €/MWh, kar pomeni, da bi letni zaslužek znašal 864.163,890

€ brez upoštevanja stopnje inflacije. V 20 letni življenjski dobi bi tako naš dobiček

upoštevajoč inflacijo znašal 5.074.222 € brez upoštevanja plačila davkov. Neto sedanja

vrednost upoštevaje inflacijo in diskontno stopnjo znaša 664.912 €, na letni ravni je to 33.246

€. Projekt bi bil dobičkonosen, vendar se zaradi majhnih profitov izgradnja ne bi izplačala.

Med raziskovalnim delom s programskim paketom RETScreen Expert sem spoznal, da je

program uporaben za energetsko in finančno analizo postrojev iz obnovljivih virov. Ima

široko bazo podatkov, ki so na voljo uporabniku in so skoraj enaki izmerjenim.


- 33 -

VIRI IN LITERATURA

[1] A. Siraj, Wind Energy: Theory and Practice. Delhi: PHI Learning Private Limited,

2016.

[2] C. Arkar in S. Medved, Energija in okolje: Obnovljivi viri energije. Ljubljana:

Zdravstvena fakulteta, 2009.

[3] A. Hribernik, Obnovljivi viri energije. Maribor: Založništvo Fakultete za strojništvo,

2010.

[4] Government of Canada, Natural Resources Canada, software RETScreen Expert

[splet]. Dosegljivo: https://www.nrcan.gc.ca/home [Datum dostopa: 21.5.2018].

[5] M. Tuma in M. Sekavčnik, Energetski sistemi: Preskrba z električno energijo in

toploto. Ljubljana: Fakulteta za strojništvo, 2004.

[6] G. Boyle, Renewable energy. New York: Oxford University Press, 2004.

[7] Z. Žalar, Obnovljivi viri energije. Ljubljana: Bookstrore.si, 2016.

[8] Danish Wind Industry Association [splet]. Dosegljivo: http://www.windpower.org/en/

[Datum dostopa: 17.6.2018]

[9] J. Rakovec, M. Žagar, R. Bertalanič, J. Cedilnik, G. Gregorič, G. Skok in N. Žagar,

Vetrovnost v Sloveniji. Ljubljana: Založba ZRC, 2009.

[10] Agencija Republike Slovenije za okolje [splet]. Dosegljivo:

http://www.arso.gov.si/ [Datum dostopa: 16.7.2018].

[11] Portal Energetika, Ministrstvo za infrastrukturo [splet]. Dosegljivo:

http://www.energetika-portal.si/ [Datum dostopa: 16.7.2018].


- 34 -

[12] Global Wind Energy Council [splet]. Dosegljivo: http://gwec.net/ [Datum

dostopa: 18.7.2018].

[13] Google zemljevidi [splet]. Dosegljivo: https://maps.google.com/ [Datum dostopa:

26.7.2018].

[14] Enercon GmbH Wind Turbine [splet]. Dosegljivo:

https://www.enercon.de/en/home/ [Datum dostopa: 02.08.2018].

[15] Borzen, operater trga z elektriko, d. o. o. [splet]. Dosegljivo:

https://www.borzen.si/ [Datum dostopa: 05.08.2018]

Documents

NAPOVED ENERGETSKE IN EKONOMSKE UČINKOVITOSTI … · Posledica tega je dvigovanje toplega in vlažnega zraka na ekvatorju in njegovo gibanje v zgornji del troposfere v smeri proti