پتانسیل جایگزینی نیروگاه‌های‌های انرژی بادی در ایتالیا: ارزیابی فنی-اقتصادی

چکیده

کلمات کلیدی

1. مقدمه

2. روش تحقیق، منابع داده‌ها و ابزارها

3. ارزیابی پتانسیل جایگزینی 

1.3. سرشماری توان بادی فرسوده در سال 2020 در ایتالیا 

2.3. پروژه GIS

شکل 1. نقشه تولید انرژی سالانه ویژه ATLAEolico در 75 m a.g.l./a.s.l. و پراکندگی WTGهای فرسوده در قلمرو ایتالیا. بزرگنمایی منطقه حداکثر تراکم WTGهای فرسوده.

3.3. تعریف سه فرضیه سناریوهای جایگزینی 

4.3. ارزیابی تولید انرژی با استفاده از ATLAEolico

جدول 1. پتانسیل انرژی بادی ملی در وضعیت فعلی (CS) و در سه فرضیه جایگزینی (ف1، ف2، ف3).

‌4. موردکاوی‌ها: تحلیل فنی

1.4. شناسایی نیروگاه‌های 

جدول 2. ویژگی‌های اصلی مرتبط با سه نیروگاه‌های در CS

سایتینگ 

جدول 3. خلاصه داده‌های اصلی 12 موردکاوی

شکل 2- نیروگاه‌های B: طرح کلی (WTG: نقطه‌های آبی) مربوط به CS نیروگاه‌های بادی (a)، و فرضیه 1 جایگزینی (b) و ف2 (c) در زمینه اوروگرافی (خط‌های قهوه‌ای) و تغییرات دقیق (خطوط دوگانه سبز) منطقه نمایش داده شده در محیط WasP.

شکل 3. نیروگاه‌های B (جنوب): تصویرهای سه بعدی، ساخته شده در محیط گوگل ارث، با نشان دادن تغییر چشم‌انداز بخشی از نیروگاه‌های CS (a) با اتخاذ فرضیه 1 جایگزینی معرفی می‌شود (b).

جدول 4. نتایج به دست آمده به وسیله کد WAsP (CS, H1, H2) و نقشه‌های ATLAEolico (CS, H1, H2, H3) با ارجاع به سه موردکاوی.

جدول 5. داده‌های ورودی برای ارزیابی‌های اقتصادی

جدول 6. نتایج تحلیل اقتصادی ناظر بر پروژه IRR و PBT برای تمام موردکاوی‌ها

شکل 4. روند IRR برای دو فرضیه مربوط به نیروگاه‌های C در مقابل قیمت‌های انرژی.

6. نتیجه‌گیری 

7. تقدیر و تشکر

 

در بسیاری از کشورها، پیشگامان در نیروگاه‌های بادی در طی دهه‌های گذشته قرن XX، با کمبود فزاینده زمین مبتنی بر سایت‌های مناسب برای مزرعه‌های بادی جدید مواجه بوده‌اند، و، در عین حال، بسیاری از توربین‌های بادی نصب شده به پایان عمر خود رسیده‌اند. سه گزینه را می‌توان برای نیروگاه‌های بادی فرسوده لحاظ کرد: کنار گذاشتن، نوسازی و جایگزینی. مزایای اصلی گزینه جایگزینی بهره‌برداری بهتر از منابع بادی، کاهش تعداد توربین بادی و جلوگیری از مصرف زمین «بکر» است. با این حال، مسائلی هست که می‌تواند بر موفقیت طرح‌های جایگزینی تاثیرگذار باشد: هزینه‌های سرمایه‌گذاری خیلی زیاد و فرایند پیچیده و طولانی کسب مجوز. در این قالب، برای پشتیبانی از تصمیم‌گیرندگان و مجریان، RSE فعالیت تحقیقاتی ناظر بر ارزیابی پتانسیل جایگزینی بادی در ایتالیا انجام داد. اهداف اصلی این اثر درک میزان، ویژگی‌ها و پراکندگی جغرافیایی ظرفیت بادی است که به پایان عمر خود در سال 2020 رسیده‌اند و سناریوهای جایگزینی و ارزیابی پایداری فنی-اقتصادی ایجاد می‌کنند. روش تحقیق سه‌مرحله‌ای طراحی شد و برای ارزیابی پتانسیل جایگزینی ملی اجرا شد.

مزایای تولید برق از منابع انرژی تجدیدپذیر (RE) و، به خصوص، کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای (GHG) کاملاً مشخص است و از سال 1997 با اتخاذ پروتکل کیوتو [1] [2] ارتقا یافته است. از این تاریخ به بعد، تولید RE به شکلی قابل ملاحظه با توجه به سیاست‌های پشتیبانی چند کشور جهان رشد کرده است. به خصوص، اتحادیه اروپا نقشی قابل ملاحظه در پرورش تولید RE در کشورهای عضو خود ایفا کرده است [2] [3]. سهم تجدیدپذیرها به حداقل 27% مصرف انرژی اتحادیه اروپا تا سال 2030 تاکنون به عنوان هدفی برای ارتباطات 2014 EC تعیین شده است «چارچوب سیاسی برای انرژی و آب‌وهوا در دوره 2020 تا 2030» [4]. پیش‌بینی می‌شود اهداف کشورهای ویژه عضو در سال 2018 تعریف شود. در اوت 2015، رئیس‌جمهور اوباما و سازمان محافظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) طرح توان پاک را ایجاد کرد و مسیری به سمت 32 درصد کاهش آلودگی کربنی تا سال 2030 را اعلام کرد. این هدف به واسطه افزایش قابل ملاحظه تولید انرژی الکتریکی توسط RE حاصل خواهد شد [5]. در میان فناوری‌های RE، انرژی بادی در محل امروز به بلوغ قابل ملاحظه‌ و نفوذ گسترده رسیده است. برطبق نظر شورای انرژی بادی جهانی (GWEC)، در پایان سال 2015، مقدار جهانی توان بادی دایر شده 432 GW بود. چین، با حدود 145 GW ظرفیت باد نصب شده، خودش را فعال‌ترین کشور در این حوزه کرده است و نقشش در مغلوب‌سازی اروپا و آمریکای شمالی توسط آسیا را قطعی کرده است. بعد از چین، ایالات متحده در مکان دوم با حدود 74 GW قرار داد، آلمان با 45 GW، هند با 25 GW، اسپانیا با 23 GW در مرتبه‌های بعدی قرار می‌گیرند [6]. در همین تاریخ، ایتالیا، با حدود 9 GW ظرفیت باد نصب شده، خودش را در مقام نهم قرار داد. نتیجه کاملاً قابل ملاحظه به این شرح است که منابع بادی ایتالیا نسبت به کشورهای شمال اروپا کمی پایینتر است، گستره قلمرویی خیلی کوچک، پیچیدگی عوارض جغرافیایی بالا، تراکم جمعیتی بالا، تعداد فوق‌العاده زیاد محصولات با ارزش و مکان‌های باستانی، فعالیت قوی در زمینه گردشگری و تقریباً فقدان کلی تولیدکننده‌های ملی مشارکت کننده در ساخت/مونتاژ توربین‌های بادی بزرگ مشاهده می‌شود [7]. ایتالیا، همراه با آلمان، دانمارک، اسپانیا، هلند، بریتانیا و ایالات متحده به صورت کامل در میان کشورهای «پیشگام» شرکت‌کننده در توسعه نیروگاه‌های انرژی بادی قرار می‌گیرند. در حقیقت در پایان سال 2000، وقتی انرژی بادی توسعه گسترده‌ای با اهداف بلندپروازانه‌تر داشت، ایتالیا در میان پنج کشور با بزرگترین توان بادی دایر شده قرار داشت [8]. در بسیاری از این کشورها، کمبود تصاعدی برای محل‌های مناسب برای نیروگاه‌های مزرعه بادی جدید وجود دارد و، در عین حال، بسیاری از توربین‌های بادی نصب شده به پایان عمر خود رسیده‌اند. در برخی موردها (برای مثال آلمان، بریتانیا و دانمارک)، برای بهره‌برداری بیشتر از انرژی بادی به نیروگاه‌های دورکران می‌پردازند [9]، با این حال، دیر یا زود، تمام کشورهای مذکور باید با مسئله میزان بالای توربین‌های بادی زمینی فرسوده مواجه شوند، همانطور که توسط کمیسیون اروپا نیز برجسته شد [10]. سه گزینه می‌توان برای نیروگاه‌های بادی فرسوده در نظر گرفت: از دور خارج کردن، نوسازی و جایگزینی. در مورد ابتدایی، کل نیروگاه‌های برقی برچیده می‌شود. در مورد دوم، برخی مولفه‌های قابل ملاحظه توربین‌های بادی جایگزین شده‌اند و نیروگاه‌های برقی به تولید برق ادامه می‌دهند. در مورد سوم، کلمه «جایگزینی» به عنوان مداخله نهایی شده برای جایگزینی کامل توربین‌های بادی قدیمی با توربین‌های تجهیز شده با آخرین فناوری‌های پیشرفته و در نتیجه قادر به فراهم کردن عملکرد بهتر (برای مثال کارآمدی بیشتر، اختلال کمتر) و احتمالا توان دایر شده بیشتر است. چند مزیت برای گزینه جایگزینی وجود دارد [11] – [17] و اصولاً قابل انتصاب به ابعاد ذیل است: • افزایش تولید انرژی ویژه با توجه به ارتفاع بلندتر مدل‌های توربین‌های بادی انتخابی برای جایگزینی توربین‌های بادی قدیمی، بهبود عملکرد ژنراتورهای توربین‌های بادی چند مگاواتی (WTGها) در مقایسه با توربین‌های بادی قدیمی، دانش عمیق‌تر از منابع بادی در محل‌های درگیر در فعالیت‌های جایگزینی و بهبود شیوه‌های محل‌یابی خرد؛ • بهره‌برداری بهتر از منابع در محل‌های بادخیز، عموماً اولین موردهای اشغال شده توسط نیروگاه‌های در شروع توسعه نیروگاه‌های بادی در منطقه و یا کشور؛ • تعداد کمتر WTGها و افزایش یکپارچگی در چشم‌انداز همراه کاهش متعاقب تاثیرگذار دیداری؛ • کاهش تلفات مرغان با توجه به کاهش تعداد WTG فعال در محل‌های فعال؛ • جلوگیری از مصرف زمین «بکر» برای تولید توان بادی و استفاده از سایت‌هایی که قبلاً توسط جامعه به عنوان چشم‌اندازهای انرژی بادی («تمام ویژگی‌های دیداری منطقه، اغلب در قالب جذابیت زیبایی‌شناسی‌شان ملاحظه می‌شود» [18]) و قلمروها («زمینی با صفت مشخصه» یا «منطقه دانش، فعالیت یا تجربه» [18]) درک شده است؛ • بهبود ادغام شبکه برق به خاطر سیستم‌های اتصال به‌روز جدید WTG؛ • کاهش کل هزینه‌های سرمایه‌ای برای نصب نیروگاه‌های بادی در مقایسه با نیروگاه‌های جدید (تعداد زیرساخت‌های موجود را می‌توان دوباره استفاده کرد)؛ • کاهش هزینه‌های اجرا و نگهداری در مقایسه با نیروگاه‌های قدیمی با توجه به مداخله‌های کمتر تعمیر و نگهداری؛ • ایجاد فرصت‌های شغلی جدید. با این حال، هزینه‌های فوق‌العاده بیشتر سرمایه‌گذاری و فرایند کسب مجوز طولانی‌تر و پیچیده‌تر ممکن است بر موفقیت طرح جایگزینی تاثیرگذار باشد اگر با مداخله نوسازی مقایسه شود. به این دلایل، پایداری طرح جایگزینی نه تنها به مسائل زیست‌محیطی و فنی بلکه به مسائل اقتصادی و قانونی می‌پردازد همانطور که در پژوهش ناظر بر علوم اقتصادی جایگزینی نیروگاه‌های بادی در کالیفرنیا تاکید شد. در این پژوهش، فقدان عمومی مشوق اقتصادی به عنوان مانع اصلی طرح‌های جایگزینی تشخیص داده شد [17]. در ایتالیا، معیارهای مشوق اجرایی برای پشتیبانی از بخش RE در دهه گذشته منجر به تکثیر نیروگاه‌های جدید، به خصوص با توجه به نیروگاه‌های بادی و قدرت‌زای نوری، با افزایش سالانه توان بادی حدود 1 GW در دوره 2009 – 2012 شد. بعد از آن، کاهش قابل ملاحظه ثبت شد (450 MW برای توان بادی جدید در سال 2013، تنها 105 MW در سال 2014 و 295 MW در سال 2015 [19]) که نتیجه اثر ترکیبی بحران اقتصادی و تغییرها در مکانیسم انگیزشی و تعرفه‌های معرفی شده توسط حکم قانونی 2012/07/06 [20] بود. این حکم ناظر بر گذار از گواهینامه‌های سبز «قدیمی» به مکانیسم مشوق با مطلوبیت کمتر جدید مبتنی بر روش حراجی بود. از یک سو، جایگزینی نیروگاه‌های بادی معیار پشتیبانی ویژه ندارد، و آن را به عنوان نیروگاه‌های کاملاً جدید تلقی می‌کند. این موضوع اپراتورها را مایوس کرده است که اجرا پروژه‌های جدید را در محل‌های «بکر» به جای مداخله‌های جایگزینی در نیروگاه‌های بادی «قدیمی» ترجیح می‌دهند، تاکنون مداخله‌های جایگزینی خیلی کمی ثبت شده است. از سوی دیگر، حکم دیگر سال 2012، تحت عنوان «اشتراک‌گذاری بار» [21]، اهداف منطقه‌ای 2020 را برای تولید RE تنظیم کرد. مهمترین منطقه‌های ایتالیا باید تولید RE را افزایش دهند تا به اهداف مذکور بالا برسند و مدیریت‌های منطقه‌ای به چند نیروگاه‌های RE جدید مجوز می‌دهند. در این قالب پیچیده و چندوجهی، RSE فعالیت تحقیقاتی ناظر بر ارزیابی پتانسیل جایگزینی بادی در ایتالیا و ارزیابی فنی-اقتصادی‌اش را برای پشتیبانی از اپراتورها و تصمیم‌گیرندگان در هر سطحی در ایتالیا [22] برعهده گرفته است. اهداف اصلی این اثر عبارتند از: • درک میزان، ویژگی‌ها و پراکندگی جغرافیایی توان بادی که قرار است به پایان عمر خود در سال 2020 برسند؛ • توسعه سناریوهای جایگزینی، ارزیابی پایداری فنی-اقتصادی و برآورد این مطلب که آیا سطوح مشوق می‌توانند اتکا‌پذیری پروژه‌های جایگزینی را تضمین کنند یا خیر. با توجه به فقدان منابع در این حوزه خاص انرژی بادی، برای ارزیابی سناریوهای جایگزینی و پتانسیل آنها در ایتالیا، ابتدا لازم است روش تحقیق بر مبنای ملی طراحی (فصل 2) و اجرا (فصل 3) شود. در ادامه، سه موردکاوی ملاحظه شده‌اند تا اعتبارسنجی ابتدایی و اولین اعتبارسنجی ارزیابی اجرا شود (فصل 4). در انتها، تحلیل اقتصادی بر موردکاوی‌ها با هدف برآورد سوددهی‌، نرخ بازده داخلی (IRR) و زمان بازپرداخت (PBT) انجام می‌شود (فصل 5).