Igor Dyukov and Tero Ahonen, LUT,

Transkriptio

1 Wind energy systems Igor Dyukov and Tero Ahonen, LUT, Wind energy systems have taken grounds for the renewable energy production during the last two decades. In year 2013, the annual global electricity generation was TWh (IEA 2015). Wind energy systems had the share of 2.9 % (620 TWh; GWEC 2014) of that amount. The overall share of renewable energy sources in the global electricity generation including wind generation has increased from about zero level to around 5.7 percent in 30 years. According to (GWEC 2016), globally installed capacity of wind energy systems has increased from MW (year 2013) to Installed capacity of wind energy systems in Finland is currently reaching 2000 MW MW by the end of 2015, which means the capacity increase of 35.8 % in two years. Thus, current installed capacity at the end of 2015 was about 3.5 % of the total global electricity consumption. There are various scenarios of the future global electricity demand development and the penetration rate of wind energy systems depicted (Fraunhofer ISE 2015; GWEC 2014; WEC 2013). As for the long-term projection up to 2050, the estimates vary considerably from 4% to 31% as shown in Fig.1. Fig. 1. Summary of projections for the wind power share of the global electricity demand up to 2050.

2 Fig. 2. Estimation of future development of LCOE for wind energy systems (Fraunhofer ISE 2013). Levelised cost of electricity Fig. 2 introduces the estimate on the future development of LCOE for different energy sources in German market. The figure illustrates the existing potential of wind energy systems to provide cost-efficient electricity in case only direct production costs are considered. LCOE of onshore wind energy systems is assumed to remain at constant level, meanwhile LCOE for offshore wind and PV solar energy system are assumed to decline during the forthcoming years. Production costs In Finland are usually around /MWh depending on wind conditions, location and other factors. Projections on future investment costs in wind energy systems A major factor in LCOE of wind energy systems are their investment (capital) costs. Wind turbine investment costs are expected to decrease further over time. As a rule of thumb in (EWEA 2003a), turbine manufacturers expect the production costs of wind power to decline by 3 5 % for each new generation of wind turbines. Whereas past reductions in wind energy generation costs derived mainly from scaling up turbine capacity, future cost reductions are expected to come from mass production and improved design (EWEA 2003a). Growing experience and mass production are expected also to reduce other costs, such as those relating to grid connections, foundations and planning. These costs have already decreased significantly over the past few years (EWEA, 2003a). As more updated information some sources (GWEC 2014, IRENA 2012) provide information on estimated capital costs (Capex) in /kw for future wind energy systems. The estimations are shown along with historical learning rate curve having Capex costs of installation projects for years in Fig. 3. These references indicate that the wind energy system specific cost may come to be within /kw by 2050.

3 /kw IEA New policies GWEO Advanced Power(Wind, average) GWEO Moderate Wind, average Fig. 3. Estimated development of wind energy system prices with historical learning curve. IRENA 2012 also provides suggestions on possibilities of decrease in the future the wind energy systems costs. The cost reduction has been visible both in the Capex and Opex parts, as they are achieved by economies of scale and learning effects, as the installed capacity grow. The levelized cost of electricity produced by wind energy will also be reduced further as the result of higher capacity factors coming with increase in the turbine height and rotor diameter, which is forecasted to continue in the near future. systems within the past few years, mostly because of the feed-in-tariff mechanism currently ensuring /MWh price for production. By the end of 2015 Finland reached about 1000 MW of installed wind energy capacity. During the 2016, 234 new wind energy plants with 759 MW of new installed capacity will be taken in use. The overall objective is to have 2500 MW of installed capacity by 2020 and 3750 MW of installed capacity by the year Issues In overall, wind energy systems have some issues worth considering. In terms of materials, wind energy systems may face a problem with the use of rare-earth magnets in the generator, but this can be overcome with alternative generator technologies. Construction of wind farms in general needs to consider several environmental factors related e.g. to the nesting birds and possible emitting of lowfrequency noise by larger wind turbines (YLE 2015). Installed wind capacity in Finland Finland has set the level to cover 38% of the overall energy consumption with renewable energy sources by This has also resulted in increased installation of wind energy

4 Sources: (EWEA 2003a) Wind energy: the facts. Volume 1: technology. European Wind Energy Association. cuments/publications/wetf/facts_volume_1.p df (Fraunhofer ISE 2013) Levelized cost of electricity renewable energy technologies. Fraunhofer ISE. veroeffentlichungen-pdf-dateien-en/studienund-konzeptpapiere/study-levelized-cost-ofelectricity-renewable-energies.pdf (GWEC 2014) Global Wind Energy Outlook Global Wind Energy Council. (GWEC 2016) Global Wind Statistics Global Wind Energy Council. content/uploads/vip/gwec-prstats- 2015_LR_corrected.pdf (IEA 2015) Key World Energy Statistics International Energy Agency. ns/publication/keyworld_statistics_2015.pdf (IRENA 2012) Renewable energy technologies: cost analysis series Volume 1: Power Sector, Wind Power. International Renewable Energy Agency. blications/re_technologies_cost_analysis- WIND_POWER.pdf (WEC 2013) World Energy Scenarios. Composing energy futures to World Energy Council. content/uploads/2013/09/world-energy- Scenarios_Composing-energy-futures-to- 2050_Executive-summary.pdf (YLE 2015) Tuulivoiman tulo naapuriin ajoi perheen kodistaan. ajoi_perheen_kodistaan/

5 SET-asiantuntijakyselyn 1. kierroksen tuloksia... Energian- ja sähkönkulutuksen kehitys vuoteen 2030 mennessä Delfoi-kyselyn ensimmäinen kierros alkoi arvioilla energiankulutuksen kehityksestä 2030 mennessä. Kysymykset olivat sektorikohtaisia, mutta antavat kuvaa myös kokonaiskysynnän muutoksesta. Vastaajat arvelivat monien sektorien energiatarpeen vähenevän, ja ainoastaan palvelualan ja ICT palveluiden energiatarpeen kasvavan. Sähkönkulutuksen arveltiin kasvavan merkittävästi liikenteessä ja ICTpalveluissa. Primäärienergiankulutus Suomessa vuonna 2030: Sähkönkulutus Suomessa vuonna 2030: Energiankäytön muutoksia koskevia arvioita on perusteltu eri tavoin. Yleisemmällä tasolla perusteltiin alhaisen talouskasvun ja teknologian kehityksen johtavan siihen, että kokonaisenergiankulutus ei ainakaan lisäänny. Energia-intensiivisen teollisuuden kulutuksen oletettiin myöskin pysyvän enintään samana ja usein jopa laskevan. "Uskon että julkisten rakennusten lukumäärä vähenee ja koko kasvaa, jolloin energiatehokkuustoimet purevat. Myös julkisten palvelujen sijoittaminen muiden palvelujen yhteyteen vähentää energian kulutusta. Asuinrakennusten kulutus pienenee sekä energiatehokkuustoimien että rakennemuutoksen kautta: yhä useampi asuu kaupungissa/taajamassa kerrostalossa. Energiaintensiivisen teollisuuden odotan kokonaisuutena pysyvän samana ja energiatehokkuus vähentää kulutusta siellä. [...] Palvelut kasvavat ja maatalous pysyy samana tai kasvaa hiukan, koneellistuu mutta myös muuttuu energiatehokkaammaksi. ICT palvelut kasvavat niin paljon, ettei energiatehokkuus pure niiden primäärienergian kulutukseen. Katsoin OECD:n pitkän aikavälin euromaiden kasvuennusteen ja se on n. 2% vuodessa, sekin voi olla vähän optimistinen. Ei tarvita kovin kummoista energiaintensiteetin vähenemistä, että se kumoaa tuon vaatimattoman kasvun."

6 Eri energiateknologioiden merkitys vuonna 2030 Suomen energiajärjestelmässä Ensimmäisellä kierroksella kysyimme myös vastaajien näkemyksiä teknologioiden käyttöönottoon Suomessa ja niiden vientimahdollisuuksiin. Teknologioista kaikkein merkittävimpinä tai selvimpinä tulokkaina pidettiin lämpöpumppuja, tuulivoimaa ja automatisoitua kysyntäjoustojärjestelmää. Myös aurinkosähkön ennakoitiin syrjäyttävän muita tuotantomuotoja. Eri teknologioiden merkitys Suomen energiajärjestelmässä vuonna 2030: Teknologioiden vientipotentiaali vuonna 2030: Ensimmäisen kierroksen teknologiakohtaisia tuloksia ja huomioita esitellään kunkin teeman ensimmäisellä sivulla.!

7 SET WP1 Delphi R2 diagrams 3/8 C: Tuulivoima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

8 Tuulivoima Kuinka paljon Potentiaalia olisi yli 30 prosenttiin, ja kustannustehokkuudessa tuulivoima pesee jo saastuttavat kilpailijansa. Tuulivoima kaipaa kaikkein eniten tuokseen hyvin toimivaa laajaa ja automatisoitua kysyntäjoustojärjestelmää. Sen avulla tuulivoiman osuutta voidaan kasvattaa huomattavasti. maatuulivoima jo nykyään yksi halvimpia sähköntuotantomuotoja, vaikka ilmastopäästöt ovat rajusti alihinnoiteltuja; jos ilmastohaitat sisällytettäisiin polttoaineiden hintoihin, tuulivoima olisi vielä ylivoimaisempi tuulivoima selvästi aurinkosähköä halvempaa, ja sitä saadaan myös suurimman kulutuksen aikaan talvella, toisin kuin aurinkosähköä. Yhteispohjoismaisilla markkinoilla Ruotsi ja Norja joka tapauksessa kasvattavat tuulivoiman osuutta, miksi Suomen kannattaisi jäädä turpeessa rämpiväksi perähikiäksi? Miten Mikko: Tarkentavista kysymyksistä merituulivoiman osuus yllättää. Iso osa pitää merituulivoiman osuutta jo % tai sitä korkeampana. [vrt] Merituulivoimaa ei kannata taloudellisesti rakentaa, mutta jos vastustusta on muuten paljon, on pakko mennä merelle ja tämä tuplaa kustannukset. Voi aikoja, voi tapoja. Kysyntäjouston mahdollisuudet saadaan paljon nykyistä parempaan käyttöön vuoteen 2030 mennessä, jolloin tehohuipuista keskustellessa päästään toivottavasti siihen, mikä kulutus tehopiikkien aikaan on fiksua ja mikä ei. Joustavuus on tulevan järjestelmän avainsana. sähköjärjestelmässä on jo nyt kasvava ongelma ja huoli ns. pyörivän massan vähenemisestä, jolloin sähköverkoista tulee epästabiilimpeja. Satunnaistuotanto on sekundaa, jonka haittavaikutukset järjestelmälle kasvavat nopeasti määrän lisääntyessä.