عنوان المقالة:مشروع طاقة الرياح/التقييم الفني والاقتصادي لمشروع إنشاء طاقة الرياح في موقع مختار في العراق Wind Energy Project /Technical and Economical Assessment for Construction Wind Energy Project in Selected Site in Iraq
النمذجة و التنبؤ لخصائص الرياح هي مدخلات التصميم الأساسية في تطوير نظم طاقة الرياح للمواقع المختلفة. توليد الطاقة من مصادر الطاقة النظيفة والمتجددة أصبحت حتمية هذه الأيام الحالية بسبب أزمة الطاقة وتنامي الوعي البيئي . في هذا البحث تمت دراسة التقييم التقني والاقتصادي لطاقة الرياح المحتملة للتنبؤبامكانية انشاء مشروع مزرعة الرياح ضمن قدرة (واحد ميكاواط ) في العراق. اعتمد التقييم لستة مواقع لموارد الرياح ( النجف ، الكوت ، الناصرية ، معسكر الرمادي ، تلعفر والموصل ) . تم الحصول على بيانات سرعة الرياح بالساعة لمدة عام واحد ، ومقاسة على ارتفاع 10 متر فوق مستوى سطح الأرض من الموقع الالكتروني Iowa Environmental Mesonet (IEM) في الولايات المتحدة التي توفر أرشيفا من بيانات الرياح من قبل الشبكة ASOS للعراق.
تم نمذجة بيانات سرع الرياح الساعية حسب دالة التوزيع ويبل ، من أجل وصف توزيع سرعة الرياح و كثافة طاقة الرياح من هذه المواقع . تم استخدام طريقتين لتقدير معلمات ويبل ، معلمة الشكل (K ) ، ومعلمة القياس ( C ) و معدل سرعة الرياح ، أولا باستخدام maximum likelihood Estimator ( MLE ) التي تم تنفيذها بواسطة برنامج STATISTICA وثانيا Energy Pattern Factor (EPF). تظهر النتائج أن متوسط سرعة الرياح و معلمات ( الشكل والقياس ) الناتجة عن ( MLE ) أكثر موثوقية من تلك التي نتجت من (EPF ) و هذا ثبت من خلال تطبيق ثلاث طرق اختبار لتطابق التوزيعات من خلال اعلى قيمة لمعامل الارتباط ( R2) ، والحد الأدنى لكل من الجذر التربيعي للخطأ ( RMSE ) وخطا معامل كاي(X2c).
بينت النتائج أن متوسط سرعة الرياح السنوية و متوسط كثافة طاقة الرياح السنوية لارتفاع 10متر عن مستوى سطح الارض كانت ( 4.33م / ث، 111.0واط/ م2) ، ) 3.99 م/ ث، 95.8 واط/م2), (3.92 م/ ث، 93.95 واط/م2 ) , ( 3.485م / ث، 60.18,واط/م2 ) ) 3.156 م/ ث، 53.37واط/م2) ،( 1.829م/ ث، 19.87واط /م2 ) لكل من ( النجف والناصرية والكوت و معسكر الرمادي ، تلعفر و الموصل ) على التوالي. وتمت مقارنة هذه النتائج مع تصنيف الرياح للجنة الفنية الكهربائية الدولية (IEC ) مما يدل على ان جميع المواقع المختارة تقع ضمن تصنيف الدرجة الأولى وان طاقة الرياح لموقع النجف تمثل أفضل موقع والذي اتخذ كحالة دراسية .
تم التحقق في بحث امكانية انشاء مزرعة الرياح بقدرة (MW واحد) ، على اساس التقييم الاقتصادي القائم على أقصى قدرة انتاجية وأقل تكلفة لوحدة الطاقة المتولدة من تسعة نماذج من توربينات الرياح باستخدام إجراء التحليل الاقتصادي الذي يعتمد على تقنية صافي القيمة الحالية( NPV ).
وأجريت العمليات الحسابية لطاقة الرياح عند ارتفاعات محاور توربينات الرياح . وأظهرت نتائج التحليل الاقتصادي ان عامل القدرة الفعلي والنظري للتورباين موديل WIND DIRECT 500/52 هو الأعلى حيث بلغت قيمته الفعلية والنظرية 26.6 ٪ ، 32.3 ٪ على التوالي ومقدار القدرة الفعلية المنتجه من مزرعة الرياح تساوي 9.326624كيكا واط/سنه .
الفحص و التحليل الاقتصادي أظهر أن تكلفة الوحدة من الكهرباء المنتجة KWh / 0.0547$ بدون استخدام الحوافز والاعانات الحكومية التشجيعية وتنخفض هذه التكلفه إلى / KWh $0.0476 عند استخدام الحوافز و الإعانات التشجيعية الحكومية.
تم افتراض سعر البيع لوحدة الطاقة بالتجزئة ليكون KWh /$ 0.10. التقييم الاقتصادي للتوربينات الرياح أظهر أن صافي القيم الحالية و نسب التكاليف والفوائد التي تم الحصول عليها من نماذج توربينات الرياح (E -33 ، N27/250 ، N29/250 ، WTN250 ، M530 ، E -48 و WTN500 ) ، كانت ذات قيم سالبة اي أقل من واحد ، على التوالي ، والتي تفسر أن هذه توربينات الرياح غير اقتصادية للعمل في موقع النجف ، في حين أن نماذج توربينات الرياح ( DIRECT WIND500 / 52 و D4/48 ) كانت قيمها الحالية الصافية موجبة, ونسبة الفائده الى التكلفة للتوربين WIND DIRECT 500/52 أكثر منها للتوربين D4/D48 ، وهذا يعني أنه افضل قدرة على العمل لهذا الموقع. فترة الاسترداد للمشروع لاسترداد الكلفة الاستثمارية تبلغ 11.0 عاما بوجود الدعم والحوافزالمالية و معدل العائد الداخلي للمشروع مقبولة الى نسبة 10 ٪ . بالإضافة إلى ذلك تم اجراء تحليل الحساسية للمعلمات المحددة ( إنتاجية توربينات الرياح ، سعر بيع وحدة الطاقة الكهربائية ، عامل القدرة ، العمر الإنتاجي لتوربينات الرياح ، سرعة الرياح في الموقع ، معدل الضرائب، التكلفة الاستثمارية وكلفة الصيانة والتشغيل) والتي اظهرت تأثيرها في تباين تكلفة الكهرباء ، مما يدل على أن المعلمات لها تأثيرعلى كل من صافي القيمة الحالية وتكلفة الوحدة من الكهرباء المنتجة من توربين الرياح.
الملخص الانجليزي
Modeling and prediction of wind characteristics are essential design inputs in the development of wind power systems for different locations. Wind energy which is clean and renewable source of energy has become imperative due to the present days energy crisis and growing environmental consciousness. This research studied the technical and economical assessment of wind potential energy to predict the capability of construction a wind farm project within a capacity of (one MW) in Iraq. An assessment of six wind resource sites (Najaf, Kut, Nasiriyah, Ramadi Camp, Tallafer, and Mosul) was studied. The hourly wind speed data for one year, measured at 10 m above the ground level were obtained from the Iowa Environmental Mesonet (IEM) website at the United States. These data were modeled in terms of the Weibull distribution function, in order to describe the wind speed distribution and predict wind power density for studied sites. Two methods for estimating weibull parameters, shape parameter (k) , scale parameter (c) and mean wind speed (vm) were presented, firstly using maximum likelihood Estimator (MLE) which executed by STATISTICA software and secondly the Energy Pattern Factor (EPF) analytical method.
The results showed that the mean wind speeds and (shape and scale) parameters which resulted from (MLE) analyses more reliable than those from (EPF) method, and this proved by applying three statistical testing methods of goodness fitting of the distributions. Best fitting with high correlation of determination ( ), minimum both Root Mean Square Error (RMSE) and Chi-Square error (Xc). The results showed that the annual mean wind speed and the annual mean wind power densities at 10 m height were (4.33m/s,111.0w/m2), ,(3.99m/s, 95.8w/ m2),(3.92m/s, 93.95w/ m2 ) (3.485m/s, 60.18w/ m2),(3.156m/s, 53.37w/ m2),(1.829m/s, 19.87w/ m2) for (Najaf, Nasiriyah, Kut, Ramadi Camp, Tallafer and Mosul) sites respectively. These results were compared with the wind classification of the International Electro technical Commission (IEC) which showed that all the selected sites lies in first wind power class and Najaf site was found the best one among them which studied as case study.
Wind energy calculations were performed at hub height of nine models of wind turbines with different rated power. The analysis showed higher wind energy 9.326624GWh/year produced from DIRECT WIND 500/52 wind machines with the highest actual capacity factor value of 26.6%.
Economical evaluation based on maximum capacity factor of wind turbines and minimum unit cost of the wind energy generated using a procedure of Net Present Value (NPV) technique showed that the unit cost of electricity was $0.0547/KWh without incentive and subsides while this cost reduced to $0.0476/KWh when using them.
The evaluation of the wind turbines, showed the largest value of both net present value and benefit cost ratio obtained from DIRECT WIND500 /52, which means that it was the most viable wind turbine for this site.
The payback period of the project to recover its investment cost 11.0 years when using incentive and subsidies .
سماح شياع عوده | SAMAH SHYAA OUDAH | 12188