Wcześniej w tym miesiącu, U.Departament Energii USA (DOE) opublikował najnowszą wersję swojego corocznego raportu rynkowego dotyczącego technologii wiatrowych, w którym zebrano wiele danych pozwalających śledzić trendy w zakresie kosztów, wydajności i rozwoju energetyki wiatrowej.
Raport stwierdza, że energetyka wiatrowa w USA pozostanie jednym z najtańszych źródeł energii elektrycznej. Energia wiatrowa pozostanie jedną z najtańszych dostępnych technologii wytwarzania energii elektrycznej, a długoterminowa cena energii elektrycznej z wiatru, dostępna w ramach umowy zakupu energii, będzie o połowę niższa od przewidywanych kosztów eksploatacji elektrowni na gaz ziemny.
Dodatkowo, silna konkurencja ze strony gazu ziemnego i energii słonecznej jest w stanie zmusić przemysł wiatrowy do osiągnięcia jeszcze niższych cen i wyższej wydajności poprzez rozwój większych turbin dostosowanych do maksymalizacji ich mocy nawet w regionach o mniej niż optymalnych prędkościach wiatru.
W tym wpisie omówię kilka z głównych trendów w energetyce wiatrowej w USA, opisanych w raporcie DOE. W celu zapoznania się z pełnym raportem i związanym z nim zestawem slajdów.
Energia wiatrowa jest jednym z najtańszych źródeł energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych
Pomimo, że cena energii wiatrowej zależy bezpośrednio od prędkości wiatru w danym miejscu, analiza krajowych trendów w zakresie kosztów zainstalowanej energii wiatrowej definitywnie pokazuje, że energia wiatrowa stała się niezwykle tanim źródłem energii elektrycznej.
Przeciętny konsument w USA płaci za energię elektryczną około 12 centów za kilowatogodzinę. Cena ta obejmuje koszt wytworzenia energii, przewodów, które dostarczają ją z generatorów do naszych domów oraz koszt prowadzenia działalności gospodarczej. Sam koszt wytworzenia energii elektrycznej wynosi około 2 do 4 centów za kilowatogodzinę – jest to cena, z którą energia wiatrowa musi konkurować, aby odnieść sukces.
W oparciu o dane zebrane w Raporcie Rynkowym Technologii Wiatrowych, energia wiatrowa konsekwentnie plasuje się na poziomie lub poniżej rynkowej stawki za energię elektryczną. Energia wiatrowa jest często kupowana w dużych blokach w ramach długoterminowego kontraktu zwanego umową zakupu energii (PPA). Poniższy rysunek przedstawia historyczne ceny kontraktów PPA na energię wiatrową od 1996 roku. Średnica każdego okręgu to wielkość wybudowanej farmy wiatrowej w megawatach, a wysokość okręgu na osi y to cena kontraktu w dolarach za megawatogodzinę (lub dolarach za 1000 kilowatogodzin).
W ostatnich latach ogromna ilość energii wiatrowej została pozyskana po cenie lub poniżej 20 dolarów za megawatogodzinę – lub zaledwie 2 centów za kilowatogodzinę. Jest to cena konkurencyjna w stosunku do typowych cen hurtowych na rynku energii elektrycznej.
Jednakże należy zauważyć, że cena energii wiatrowej oferowanej w ramach PPA jest ceną całkowitą, która zawiera w sobie efekt subsydiów, takich jak federalna ulga podatkowa na produkcję energii wiatrowej, która zapewnia subsydia podatkowe w wysokości 18 do 23 dolarów za megawatogodzinę wyprodukowanej energii. Po wyłączeniu ulgi podatkowej i spojrzeniu na poziomowy koszt energii (LCOE) z wiatru wewnętrznego, nadal jest on niezwykle konkurencyjny i wynosi mniej niż 50 dolarów za megawatogodzinę (5 centów za kilowatogodzinę). Dla porównania, Energy Information Administration szacuje, że najlepsza w swojej klasie elektrownia na gaz ziemny w cyklu kombinowanym ma LCOE na poziomie około 54 dolarów za megawatogodzinę (5,4 centa za kilowatogodzinę). Tak więc nawet po uwzględnieniu wpływu federalnej ulgi podatkowej na produkcję energii wiatrowej, energia wiatrowa pozostaje niezwykle konkurencyjnym źródłem wytwarzania energii.
Konkurencja sprawia, że energia wiatrowa staje się tańsza, większa i lepsza
Jedną z korzyści płynących z tego, że energia wiatrowa staje się w pełni konkurencyjna w stosunku do konwencjonalnej produkcji energii elektrycznej z paliw kopalnych jest fakt, że wywiera ona znaczną presję na branżę wiatrową, aby stale poprawiać koszty i wydajność turbin wiatrowych, aby pozostać o krok przed konkurencją.
Dane branżowe pokazują, że turbiny wiatrowe wdrożone w 2016 r. mają wirniki o większej średnicy, co pozwala im uchwycić więcej wiatru ogółem, oraz wyższe wysokości piasty, co pozwala im uchwycić bardziej stabilne wiatry dostępne na większych wysokościach. Średnia średnica wirnika w 2016 r. wyniosła 108 metrów, co stanowi wzrost o 13 procent w stosunku do poprzedniej średniej pięcioletniej, natomiast średnia wysokość piasty w 2016 r. wyniosła 83 metry, co stanowi wzrost o 1 procent w stosunku do poprzedniej średniej pięcioletniej. W rezultacie średnia moc generowana przez nowo zainstalowane turbiny wiatrowe w Stanach Zjednoczonych w 2016 roku wyniosła 2,15 megawata, co stanowi wzrost o 11 procent w stosunku do średniej z poprzednich 5 lat.
Ulepszenia w projektowaniu turbin wiatrowych nie tylko pomogły zwiększyć maksymalną moc, jaką mogą wytworzyć (lub ich moc generowaną), ale także ich współczynnik wydajności, czyli miarę tego, jak często faktycznie produkują energię. Średni współczynnik mocy projektów zainstalowanych w 2014 i 2015 roku wynosił ponad 40 procent – co oznacza, że produkowały one 40 procent maksymalnej możliwej energii, jaką mogłyby wyprodukować przy silnym wietrze przez 24 godziny na dobę, 365 dni w roku.
Co z kosztami integracji związanymi ze zmiennością wiatru?
W tym momencie możesz zapytać, co ze wszystkimi kosztami związanymi ze zmiennością wiatru? Czy nie potrzebujemy magazynów do zarządzania wahaniami mocy energetyki wiatrowej? Niestety, nie ma krótkiej odpowiedzi na pytanie o koszty związane z integracją zmiennego źródła energii, jakim jest wiatr. Odpowiedź brzmi „to zależy”.
Jedną rzeczą, którą możemy zrobić, to przyjrzeć się, jak zmieniała się ilość energii wiatrowej wymuszonej przez operatorów sieci wraz ze wzrostem ilości energii wiatrowej w sieci. Poniższy wykres przedstawia zarówno wskaźniki penetracji energetyki wiatrowej, jak i wskaźniki ograniczeń w latach 2008-2016 dla siedmiu amerykańskich niezależnych operatorów systemów (ISO) (mapa amerykańskich ISO tutaj).
Gdy spojrzy się na całkowitą zmianę penetracji wiatru i ograniczenia w dostawach energii wiatrowej we wszystkich siedmiu regionach ISO, okazuje się, że ograniczenia w dostawach energii wiatrowej zmniejszyły się, mimo że penetracja wiatru znacząco wzrosła. Nie oznacza to jednak, że koszty integracji energetyki wiatrowej nie są znaczące. W istocie dużym powodem spadku ograniczeń od szczytowego okresu w 2009 roku jest fakt, że regiony inwestują w wielkoskalowe linie przesyłowe, które umożliwiają przesyłanie energii wiatrowej z równin do miast i lepsze zrównoważenie jej mocy z zapotrzebowaniem. Na przykład w regionie Electric Reliability Council of Texas (ERCOT) przedsiębiorstwa energetyczne zainwestowały 7 miliardów dolarów w linie przesyłowe łączące wietrzny Teksas Zachodni z miastami wschodnimi i centralnymi, co znacznie zmniejszyło ograniczenia w dostawach energii. Podobnie jak w przypadku wszystkich inwestycji w linie przesyłowe, koszty te zostały rozłożone na całą bazę klientów, więc nie są one odzwierciedlone w kosztach energii wiatrowej przedstawionych na powyższych wykresach. Kiedy jednak rozłoży się inwestycję wartą miliardy dolarów na miliony klientów, koszt ponoszony na jednego klienta jest stosunkowo niewielki.
Jak wyjątkowo niska cena energii wiatrowej w USA będzie napędzać kolejne instalacje farm wiatrowych, interesujące będzie zobaczyć, jak operatorzy amerykańskich sieci poradzą sobie z wyzwaniem zintegrowania energii wiatrowej z resztą sieci. Jak dotąd, przynajmniej z powodzeniem. Jednak decydenci i regulatorzy powinni mieć świadomość, że w miarę instalowania kolejnych turbin w coraz większej liczbie miejsc, konieczne będzie stworzenie nowych mocy przesyłowych i innych elementów modernizacyjnych sieci w celu zintegrowania energii wiatrowej. Zidentyfikowanie najtańszych inwestycji w celu zintegrowania największej ilości energii odnawialnej nie jest prostym zadaniem, ale będzie stawało się coraz ważniejsze, w miarę jak odnawialne źródła energii będą zrzucały etykietkę „energii alternatywnej” i stawały się głównym dostawcą energii elektrycznej w USA.