Traduzione con traslate di google:
Inviato:  18 dicembre 2009 • Le emissioni, la Germania, Grid, Paesi Bassi
costi di carburante nascoste di vento energia elettrica generata

Autore:  de Groot, K., e le Pair, C.
Riassunto
Wind ha generato energia elettrica è necessario eseguire il backup di capacità delle centrali elettriche convenzionali. Questa capacità è necessaria per fornire energia elettrica ai consumatori quando l'offerta del vento è ancora lontana. Per avere le centrali elettriche non di vento a terra su o giù per compensare le variazioni di vento stocastico provoca la perdita di extra rendimento per tali centrali. Come efficienza molto si perde in questo modo e quanto extra di carburante richiesto per questa ulteriore bilanciamento della domanda e dell'offerta non è nota. In questo articolo cerchiamo di fare un educato indovinare.
Il combustibile extra richiesti per la perdita di efficienza deve essere aggiunto al carburante richiesto costruzione e installazione delle turbine eoliche e le aggiunte alla rete via cavo di alimentazione. Mentre questi requisiti aggiuntivi possono essere troppo piccolo per notare quando la potenza eolica installata è una piccola frazione della capacità totale, le cose cambiano quando la capacità eolica diventa significativo. Sulla base della situazione tedesca, con 23 GW di energia eolica installata mostriamo che diventa dubbio che i risultati di energia eolica in alcun risparmio di carburante ed emissioni di CO2 di riduzione delle emissioni. Ciò che rimane sono gli investimenti supplementari in energia eolica.
Introduzione.
Energia eolica viene gratuitamente, ma non ne consegue che la generazione elettrica che utilizzano il vento è anche gratuito. Il denaro dei costi hardware e di energia per costruire. L'energia necessaria per questo è in genere derivati da fonti fossili. Ancora più importante, si ha la necessità di mantenere un back up di potenza convenzionale generatore capacità all'incirca pari alla capacità installata di energia eolica.
Il vento può essere gratuito, ma non è fornito in dosi desiderata. Vento variabile. Il variazioni non corrispondono alla domanda di energia elettrica. Poiché non esiste ancora alcun metodo economicamente valido per immagazzinare energia elettrica, la variazione del vento in energia elettrica generata levels che non corrispondono a livelli di domanda devono essere soddisfatti da adjusting la produzione di centrali elettriche tradizionali. Nella sua recente tesi diuno Ummels conclude sulla base di studi di modellizzazione computerizzata che tali adeguamenti può essere fatta "senza problemi" anche quando il vento potrebbe generare energia elettrica pari al 33% della domanda dei Paesi Bassi.
Altri sono meno positivi. Citiamo dallo studio2 "van De elektriciteitscentrales regelbaarheid" (La regolazione delle centrali elettriche), che è stata pubblicata in olandese nel mese di aprile 2009:
"Aumentare la velocità di reazione del gruppo centrale elettrica può essere ottenuta solo utilizzando inefficiente ciclo delle turbine a gas-aperta o cannibalizzando l'affidabilità e la durata della efficienti centrali elettriche e di grandi dimensioni. Ciò significa che la flessibilità si traduce in inefficienza e di consumo di carburante e emissioni di CO2 di emissioni di quanto si possa aspettare sulla base della efficienza media. (Nostra nota: vale a dire senza gli ulteriori requisiti di regolare le fluttuazioni del vento).
Un ulteriore citazione:
"Controllare i costi di uscita a livello di prezzo: ogni variazione di uscita di una centrale elettrica crea all'usura. Questa riduzione della vita utile è maggiore il tasso di cambio aumenta produzione. Inoltre, le variazioni della produzione causare l'efficienza energetica ridotta che si traduce in costi aggiuntivi e l'aumento dell'impatto ambientale. "(Traduzione: la nostra).
Mentre la presente relazione identifica il problema della ridotta efficienza, esso non indica l'entità della diminuzione dell'efficienza, né l'importo della richiesta ulteriore utilizzo di combustibili fossili. Entrambi gli studi forniscono solo le ipotesi sugli effetti di aumento di potenza delle turbine eoliche, ma nessun dato campo.
Gli olandesi di capacità di energia eolica è ancora lontana dal 6 GW (gigawatt), obiettivo fissato dal Governo olandese. I problemi di controllo, molto probabilmente diventano evidenti solo quando la capacità delle turbine eoliche è una frazione significativa della capacità produttiva totale. Quindi abbiamo fatto le nostre stime sulla grandezza di tale effetto sulla base dei dati tedeschi, dove ora è installato di circa 23 GW, e dove ampi set di dati pertinenti sono state pubblicate.
Germania.
A sostegno della politica governativa di sostegno per l'energia sostenibile, il paese ha scelto per un'applicazione su vasta scala dell'energia eolica. Realizzazioni in questo senso sono regolarmente segnalati sutre. Le turbine eoliche sono sparsi su tutta la Germania, dalla Baviera, nel sud di offshore nel Golfo di Helgoland nel Nord. Dall'inizio del secolo la quantità di potenza installata è aumentata quasi quadruplicato, da 6 GW nel 2000 al 23 GW nel 2008,. Gli importi quest'ultimo l'equivalente di circa 20 centrali elettriche tradizionali. I tedeschi hanno pubblicato sia sulla capacità installata e la produzione annua di energia elettrica reali, come è indicato nella tabella 1. Tutti i dati sono da "L'energia eolica relazione 20083"

Tabella 1.
Anno Potenza [MW] Resa [] TWh Wind fattore turbina dovere4
2000 6.050 8,8 17%
2001 8.680 10,9 Il 14%
2002 11.850 17 Il 16%
2003 14.500 19,2 15%
2004 16.480 26,8 19%
2005 18.290 27,1 17%
2006 20.470 31,2 17%
2007 22.090 40 21%
Tabella 1. La potenza eolica installata in Germania e la produzione annuo effettivo di energia elettrica in TWh (terawattora) e il derivato dovere turbina eolica fattore4 (= rapporto effettivo potere / potenza installata).
Nel corso degli anni, considerato il dovere fattore vento turbina (definito come il rapporto tra ciò che è stato consegnato alla rete e l'importo che sarebbe stato consegnato con la capacità di progettazione delle turbine eoliche4 è stato in media del 17% o 17,5% (media ponderata ). Nel valutare queste cifre si deve tenere presente che dal vento, elettricità generata legge ha priorità assoluta su tutti i prodotti convenzionali di energia elettrica. Quando il vento genera l'elettricità è disponibile, deve essere utilizzato. La produzione delle centrali di altri deve essere ridotto proporzionalmente.
I dati nella tabella di turbine a vento coprire uno in tutto il paese, così l'effetto della variabilità del vento in tutto il paese è presa in considerazione. In primo luogo, si osserva che il contributo di questo grande "targa" (design) di capacità è piuttosto modesto. In secondo luogo, l'effetto di diffondere le turbine su una vasta area geografica non hanno risolto questo problema. Questo non si limita a tenere per la Germania, come è stato osservato in una relazione alla Camera dei Lord britannica5. Ma poi, ogni sostenibile generata unità di elettricità conta, e questo significa un risparmio sul consumo di combustibili fossili e una riduzione delle emissioni di CO2 di emissioni, si potrebbe presumere. Comunque, questa è stata ed è la ragione per investire in turbine a vento in primo luogo.
Vento e di energia elettrica
Nell'introduzione abbiamo accennato al problema della variabilità del vento di approvvigionamento e la mancanza di un metodo accettabile per lo stoccaggio di energia elettrica tampone per far fronte a questa variabilità. Questa variabilità è un problema enorme, come dimostra in figura.

Figura. (E. ON Wind Report 2005) Frazione consegnato vento del totale potenza erogata. consegna del vento varia dal 0,2% al 38% della potenza totale fornita alla rete.
E. ON è il più grande fornitore di energia elettrica di origine eolica tedesca. Dimostrano in figura la sfida significativa ingegneria hanno dovuto affrontare nell'arco temporale di un anno, come frazione "vento" in l'elettricità da essi consegnati varia dal 0,2% del totale di addirittura il 38%. Durante l'anno questa cifra si riferisce, E. ON aveva più capacità eolica come destinazione governo olandese per il futuro. La forte variabilità del rendimento nel tempo è in parte il risultato della fisica dato negativo di energia eolica: il rendimento energetico varia a seconda della potenza terzo della velocità del vento. In pratica: quando il vento soffia a metà del design delle turbine eoliche velocità, il rendimento di elettricità è solo un ottavo della produzione di design, circa il 12% della capacità di progettazione. Inoltre, ci sono giorni in cui non c'è vento a tutti su quasi tutta l'area geografica. In entrambi i casi, una quantità molto significativa di energia deve provenire da fonti convenzionali.
L'effetto di dare la priorità di energia elettrica prodotta in modo sostenibile la Germania ha l'ovvio seguenti conseguenze: quando il turbine eoliche funzionano a capacità di progettazione, fino a 23 GW di produzione. Quando vi è ora il vento, fino a 23 GW di energia elettrica deve essere in gran parte o interamente forniti da fonti non-sostenibile. Nella prassi tedesca, ciò significa che ora fino a 23 GW deve essere in stand-by. Prof. Alt dal Fach Technische Hochschule Aachen6 ha concluso che questo è la prassi, anche quando la tedesca dell'energia eolica Relazione3 afferma che questo potere standby è solo il 90%. E 'evidente che c'è un costo di capitale addizionali legati
Il mantenimento di questo potere di backup e
Rendere gli investimenti aggiuntivi nella rete ad alta tensione e
Far fronte con le fluttuazioni del vento.
Tuttavia, non parleremo di questi aspetti economici qui.
Stimare l'effetto negativo della inefficienza indotta dal vento di centrali convenzionali.
Si vuole mettere a fuoco l'effetto del vento indotto variabilità extra per l'efficienza e quindi l'assorbimento di potenza di centrali elettriche convenzionali. Finora, siamo stati in grado di trovare dati su questo uso di combustibile supplementare. Se questi dati vengono raccolti, non sono stati pubblicati. Le centrali elettriche convenzionali, intanto, fanno quello che viene richiesto e fornire la sicurezza di approvvigionamento che il vento non può fornire. In considerazione della mancanza di dati su questo effetto, siamo andati su un arto e fece alcune stime sugli effetti della variabilità del vento sul risparmio di carburante del backup di centrali elettriche. Speriamo di connettersi con gli esperti che si sono dati reali o che possono migliorare in modo significativo le nostre stime. Dobbiamo fare i seguenti presupposti per il nostro preventivo:
La capacità eolica installata opera più volte l'anno al massimo della capacità di progettazione. Ne consegue che le unità di back-up devono fornire questa capacità quando non c'è vento. Questa ipotesi è sostenuta dall'osservazione del Prof. Alt, che dopo l'installazione degli impianti eolici in Germania (e Danimarca) non centrale elettrica convenzionale, sono stati dismessi. Come abbiamo detto nel capitolo precedente, crede anche che il 100% di potenza di back-up ("Spinning riserva") è necessaria.
Solo una piccola parte delle stazioni di back-up di potenza sono aperti turbine a gas a ciclo. Da parte un'attenta pianificazione delle variazioni stocastiche fornitura vento può essere bilanciata da rampa verso l'alto o verso il basso delle grandi efficiente impianto convenzionale. squilibri Solo i più rapidi e inattesi o vengono assorbiti dalla commutazione di turbine a gas acceso o spento. (Si ricorda al lettore che lo sforzo di equilibrio in più, anche quando previsto significa indossare sempre extra e l'uso di combustibili per le centrali di grandi dimensioni).
Il rendimento elettrico di una centrale elettrica convenzionale moderna è fissato al 55%, e quella di una turbina a ciclo aperto del 30%.
Sappiamo che il 1 kWh di energia elettrica richiede 270 grammi di carbone3, in modo che 1 kWh di potenza eolica generata consente di risparmiare 270 grammi di carbon fossile, escludendo l'effetto-up inefficienza indietro.
Siamo ora in considerazione la produzione di energia elettrica 100 kWh per i quali le turbine eoliche sono state costruite. Dopo un anno si scopre che, in media, 17,5 kWh sono stati forniti da vento, e il resto da centrali elettriche tradizionali, in modo efficace funzione di back-up. Supponendo che queste piante convenzionali consegnato in condizioni ottimali, questo richiedeva 82,5 x 270 = 22 275 g di carbon fossile, e 17,5 x 270 = 4 725 g di carbone viene salvato produrre questo 100kWh.
Tuttavia, il vento generato produzione ha la priorità e le stazioni delle forze convenzionali di rampa reattivo sopra e sotto. Nel caso estremo l'uso di reagire rapidamente gasturbines a ciclo aperto solo per raggiungere questo obiettivo, l'efficienza scende dal 55% al 30%.
La tabella 2 mostra come l'efficienza diminuendo influenza il risparmio di combustibile convenzionale. A un tasso di efficienza globale per il sistema di back-up del 45% il risparmio di carburante si fa già negativa e c'è una domanda di combustibili fossili in più. generazione eolica di energia elettrica, in questo caso extra produce CO2, che è un risultato davvero intuitivo contatore. Se questo livello di inefficienza è veramente il risultato di uso dell'energia eolica, un cinico potrebbe osservare che Putin e l'OPEC potrebbe desiderare per promuovere l'energia eolica in paesi come la Germania, al fine di aumentare la propria dipendenza dai combustibili fossili.
Si prega di notare che l'efficienza ridotta si applica solo alle stazioni di back-up di potenza. Le altre stazioni convenzionali operare nei loro rendimento regolare.
Tabella 2.
Efficienza conv.station Consumo [g di carbone] Extra consumo ] Carbone Ultimate [g di risparmio efficienza Visibile
Il 55% 22.275 0 4725 Il 55%
53% 23.116 841 3.884 54%
51% 24.022 1747 2978 53%
49% 25.003 2728 1997 52%
47% 26.066 3.791 934 51%
45% 27225 4950 −225 50%
43% 28491 6216 −1491 49%
41% 29881 7606 −2881 48%
39% 31413 9138 −4413 48%
37% 33111 10836 −6111 47%
35% 35004 12729 −8004 46%
33% 37125 14850 −10125 45%
31% 39520 17245 −12520 44%
29% 42246 19971 −15246 43%
27% 45375 23100 −18375 42%
25% 49005 26730 −22005 41%
Table 2. The primary fuel saving (column 4) at assumed reduced efficiencies due to wind variation (column 1) and overall decrease in efficiency of all conventional power stations taken together (column 5). (100 kWh).
In Germany about 9% of the total electricity consumed is provided by wind. In case the turbines work at design capacity, this would yield (100/17,5) x 9% = 51,4 % of the electricity demand. Therefore only 48,6% of the electricity can be conventionally produced under optimum conditions with say 55% efficiency. The remainder of the produced electricity, being 100-9-48,6%= 42,4% is being generated in a non-optimal manner.
Thus, at lower efficiencies, according to the list of table 2, the overall, visible efficiency of all conventional stations together is
42,4 × (reduced efficiency) + 48,6 × 55/91%
This result is shown in the last column of table 2. A reduction of overall efficiency say from 55 to 50% does not appear dramatic. But it does mean that the total wind turbine and auxiliary investment is useless in the sense that no emission reduction or fossil fuel saving has been achieved. The fact, that the investment in the hardware has meant a significant amount of extra fossil energy that will never be recuperated, aggravates the situation.
One can question whether a reduction in conventional generating efficiency by wind turbine involvement has been noticed at all, because this reduction is spread out in a random manner over the many providers and types of power stations.
We like to stress again that our estimate is only concerned with the operational phase of wind turbines. Extra energy and labour costs resulting from the need to have 90 to 100% back up and the energy and expense required for bringing wind electricity to and on the high tension network have not been considered.
The back up issue will with high certainty remain below the radar in the Netherlands for as long as the amount of wind power is modest. It certainly has not yet been noticed by the environmental movement nor the Dutch environmental minister Jacqueline Cramer or minister of Economic affairs Maria Van Der Hoeven.
Finally
We disregarded the economic aspects of wind turbine generated electricity. However, if it turns out that large-scale use of wind turbines only adds fossil fuel use and CO2 emission, every Euro spent goes to waste. If however the back up efficiency is such that some fuel and CO2 emission is avoided, then a hard economic assessment is called for. We therefore refer to a very recent study” Economic impacts from the promotion of renewable energies8”. This study concludes that from an economic point of view the use of wind and solar energy production is an enormous waste of resources.
Conclusions:
It is necessary to establish on the basis of data, rather than model predictions, the level of extra fuel use caused by decreased efficiency of fossil back-up for wind power, before countries translate large investment plans in wind energy into reality.
Wind energy easily costs more than it yields, not only in monetary terms, but also in non-sustainable energy use and thus it will easily increase rather than decrease CO2 emission.
Electricity companies must urgently provide the real data on extra fuel required to back up for wind.
References & notes.
B.C. Ummels: Power System Operation with Large-Scale Wind Power…, Diss. TU Delft, februari 2009.
G. Dijkema, Z. Lukszo, A. Verkooijen, L. de Vries & M. Weijnen: De regelbaarheid van elektriciteitscentrales. Een quickscan in opdracht van het Ministerie van Economische Zaken, TU Delft, 20 april 2009.
Windenergy Report Germany 2008, ISET , Univ Kassel, Deutschland.
We use ‘duty factor’ in stead of ‘efficiency of wind turbines’, because we focuss in this paper on the efficiency of the spinning and standing back up reserve of conventional power generation.
Brits Hogerhuis, Select Committee on Economic Affairs, Report ‘The Economics of Renewable Energy, 2007-08’: “…The wider the area of interconnectedness, the more likely it is that variations in wind patterns will cancel out, although the weather may sometimes be similar over even a wider area. For example, we received some evidence that low wind speeds in the UK could coincide with similar conditions in Germany, Ireland and even as far away as Spain.”
H. Alt: Hardhoehengespraeche Siegsburg 30 sep 2009
Even that is not completely correct. Part of the wind produced electricity is surplus to demand. Professor Alt describes what happens in Germany. The surplus wind electricity is exported for free and high fines are levied. The bill goes to the tax payer.
M. Frondel, N. Ritter & C. Vance: Economic impacts from the promotion of renewable energies: The German experience; Rheinisch-Westfälisches Inst. f. Wissenschaftsforschung, October 2009. http://www.instituteforenergyresearch.or..._FINAL.pdf
K. de Groot & C. le Pair
(Formerly of Shell & STW, The Netherlands)
kenjdegroot@mac.com
clepair@casema[/i].nl[/i]

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Spero che ciò sia di qualche utilità per coloro che insistono sulla scelta dell'eolico, riporto una frase fatta che coglie il senso:Eric Hoffer got it right when he said "One of the surprising privileges of intellectuals is that they are free to be scandalously asinine without harming their reputation."