Analiza wydajności wiatraków w Polsce

Powody wykonania analizy danych z 20 miesięcy 2017-2018

W ostatnim czasie przeczytałam wiele informacji na temat wyższej efektywności energetycznej i ekonomicznej wiatraków posadowionych na morzu. Są to zwykle jednostki o dużo większej mocy od mocy wiatraków pracujących obecnie na lądzie. Nie będę przytaczała cudzych opinii, osoby zainteresowane proszę o zapoznanie się ze świeżym artykułem z portalu Energetyka24. Ważne dla mojego sposobu myślenia są informacje na temat średnich prędkości wiatrów wiejących nad lądem oraz nad morzami. Oto fragment z linkowanej publikacji:

Optymiści są zdania, że dla efektywnego działania farm wiatrowych konieczna jest średnioroczna prędkość wiatru na poziomie 4,5 m/s. Pesymiści uważają jednak, że prędkość ta wynosić powinna aż 7,5 m/s. Debaty te pozostają jednak bezprzedmiotowe w kontekście tego, że średnia roczna prędkość wiatru w polskiej strefie przybrzeżnej na Bałtyku przekracza 9 m/s, co odpowiada prędkościom wiatru na obszarze, na którym znajdują się duńskie i niemieckie morskie farmy wiatrowe.

Zrobiłam w przeszłości rysunek zależności wykorzystania mocy wiatraka o mocy 2 MW przy wiatrach wiejących z różną prędkością. Porównajmy dane, które pozyskałam z sieci z tym danym cytowanymi: 

Wiatraki 2 MW osiągają moc znamionową przy prędkości wiatru 14-25 m/s, przy większych prędkościach wiatru wyłączają się ze względów bezpieczeństwa. Przy prędkości wiatru 9 m/s osiągają połowę mocy, przy 4,5 m/s uzyskują tylko 10% wydajność. Z licznych innych artykułów wiem, że wiatraki 2 MW zastąpią większe turbiny. Dla obszarów morskich nawet 8 MW. Trzeba będzie jeszcze poczekać na ujawnienie charakterystyk produkcyjnych tych kolosów. Przy jakich prędkościach wiatru będą one produkowały prąd i jak będzie on rozprowadzany w chwilach pracy o maksymalnej mocy pojedynczego wiatraka oraz morskiej farmy wiatrowej o mocy 1 GW. Nie można poprzestać na takich konstatacjach: 

„Morska energetyka wiatrowa to technologia, która przechodzi istną rewolucję cenową w ostatnich latach. Koszt wytworzenia 1 MWh energii przez wiatraki na morzu spadł w ostatnich 4 latach ze 150 euro do ok 70 euro. Dziś ta technologia może wytwarzać energię elektryczną, stabilną i nieemisyjną, w pełnej konkurencji z innymi technologiami, tak OZE jak i konwencjonalnymi i jądrowymi”. - Maciej Stryjecki z FNEZ.

Trzeba żądać od producentów danych rzeczywistych z pracy turbin już pracujących. O takie dane powinni występować urzędnicy państwowi, których zadaniem jest dbałość o niski poziom cen energii. Poleganie na inwestorach może być złudne, w przypadku dotowania produkcji energii "darmowej", ale opłacanej słono z budżetu państwa. Nie należy składać do lamusa dobrej strategii  przytoczonej przez autora artykułu: 

Jak dotychczas, z perspektywy czysto rynkowej, strategia na przeczekanie zwyczajnie się opłacała. 

Według danych BP w 2017 r. moc zainstalowanych wiatraków wzrosła w Polsce o ponad 12% r/r, przy średnim światowym wzroście 10%. Świadczy to raczej o intensyfikacji a nie czekaniu na lepsze czasy. 

Opracowanie statystyczne danych dostępnych na stronie PSE

Mając na uwadze rozwój morskiej energetyki wiatrowej w Polsce, opracowałam z własnej ciekawości dostępne dane z pracy wiatraków z kolejnych 20 miesięcy, od stycznia 2017 r. do końca sierpnia 2018 r. Na początku przypatrzmy się miesięcznej produkcji energii wiatrowej rejestrowanej przez PSE. 

Ile w poszczególnych miesiącach przewinęło się przez sieci zarządzane przez PSE energii wiatrowej każdy może przeczytać w dole słupka i porównać z otoczeniem obserwując ich szczyty. Trzy miesiące górują nad otoczeniem. Maluchy przeważają w danych z 2018 roku, w którym dysponuje się większą o 12% mocą znamionową od roku poprzedniego.  Przejdźmy dalej: 

Jak wszyscy wiemy, rok kalendarzowy ma 12 miesięcy o różnej liczbie dni. W naftowych statystykach amerykańskich, chyba od początku ich istnienia, stosuje się do porównań produkcji uzyskiwanej z różnych złóż (zróżnicowanie miejsca) oraz jednego obiektu w czasie (wzrosty i spadki produkcji) - wielkość wydobycia w ciągu doby. Aby oczyścić statystyki wiatrowe z błędów wynikających z różnej liczby dni w miesiącach, dane z górnego wykresu przetworzyłam w dobową produkcję energii. Takich wielkości nie można pozyskać w sposób bezpośredni z danych źródłowych. W tym przypadku "plusem dodatnim" jest możliwość przedstawienia średniej rocznej - tu za rok 2017. Dysponując danymi z tego obrazka łatwo oszacować produkcję miesięczną czy roczną. Sprawdzamy tę roczną, bo jej jeszcze nie podałam:

39 478 x 365 = 14 409 470 MWh (nadmiar 70 MWh ;-)

Kolejny obrazek zawiera najważniejsze informacje, które powinny stanowić podstawę do mądrego kiwania głowami nad sprawą tempa wchodzenia wiatraków na wody Morza Bałtyckiego. Lepiej, aby robiły to ostrożnie i bez zawrotów głowy od myśli: Och! To dopiero będzie dobry biznes! 

Widzimy na tym obrazku te same dane przeliczone na wydajności zainstalowanych mocy wszystkich wiatraków w czasie średniego dnia produkcji miesięcznej oraz rocznej w 2017. Ta produkcja zostanie sprawdzona dla uzyskania pewności, że coś mi się nie pokoziołkowało w głowie:

26/100 x 6250[MW] x 365x24[h] = 14 235 000 MWh 

Tu błąd szacowania jest większy, bo ze względu na uproszczenie podane w tytule, wykorzystanie mocy zostało podane w pełnych procentach, zaokrąglonych zgodnie z ogólną normą. Największą wydajność, wynoszącą 40% wiatraki osiągnęły w grudniu 2017. To wtedy, w drodze na roraty wiatr dał mi do zrozumienia, że powinnam się tym problemem zająć szczegółowiej. Rajd św. Mikołaja z chwilową wydajnością 5 GWh został przeze mnie dostrzeżony i opracowany. Warto tam zaglądnąć. Najsłabszym miesiącem okazał się lipiec 2018 r. (wykres na końcu notki) z wydajnością mocy wynoszącą około 13%. W 2017 r. lipiec też miał najmniejszą produkcję. 

Pisząc dość obszerną notkę merytoryczną dodam jeszcze jeden rysunek wykonany pół roku temu  i chyba jeszcze nie publikowany w tej formie. 

Na obrazku tym pokazałam uporządkowane zestawienie generacji energii wiatrowej ze stycznia 2018 r. Z rysunku tego można odczytać dwa różniące się prawdopodobieństwa wzrostów wydajności wiatraków. W ciągu 325 godzin zsumowanego czasu wielu wzlotów wydajności występuje przyrost mocy od około 2,25 GW do ponad 5 GW. W ciągu pozostałych 420 godzin występuje średni przyrost od wielkości bliskich zera do 2,25 GW. Te dwa typy wydajności zaznaczone są czerwonymi liniami. Krzyżują się one w pobliżu średniej wydajności dla stycznia zaznaczonej krzyżykiem. Mogę snuć przypuszczenia na temat przyczyn tego co widzimy. Zamiast gdybania nad ich interpretacją wolę zabrać się do pracy analitycznej danych z innych miesięcy. Można to z perspektywy czasu opisać tak: Małe wydajności wiatraków mają większe prawdopodobieństwo występowania, natomiast wydajności znamionowe mogą osiągnąć tylko niektóre z nich w zimie i to bardzo rzadko. 

Wnioski wynikające z analizy dostępnych danych ze stron PSE

Uważam, że to co już jest dostępne w przestrzeni publicznej w bazie danych PSE może, a może powinno, być lepiej wykorzystywanie przez obywateli, którym leży na sercu dobro Ojczyzny oraz przyszłych pokoleń. Nie wystarczy pluć na kopalnie, elektrownie cieplne, wiatraki farmy fotowoltaiczne - trzeba zacząć solidnie pracować nad danymi pojawiającymi się w bazach krajowych oraz zagranicznych. Wiem, że w Polsce najliczniejsze jest pokolenie z dyskalkulią, któremu wmówiono, że znajomość podstaw matematyki do niczego im nie będzie w przyszłości potrzebna. Dotknęło to także moją rodzinę. Te braki można nadrobić pracując np.z dziećmi lub zakładając szkoły średnie trzeciego wieku z kredą, tablicą i zeszytami. 

Postuluję niezmordowanie udostępnianie danych z pojedynczych wiatraków.   W dobie dyskusji na temat wejścia energetyki wiatrowej na Morze Bałtyckie szczególnie ważne jest podanie do publicznej wiadomości danych o pracy wiatraków ze strefy nadmorskiej. Mamy prawo do takiej wiedzy. 

Wymieniono dwa wykresy z zauważonym przez @Karola123 błędem w danych z czerwca 2017 r. 07.09.2018 15:12