Lokalizacja elektrowni wiatrowych w terenie.
Wydajność siłowni wiatrowych w dużej mierze zależna jest od ich lokalizacji w terenie. Na wydajność siłowni zasadniczy
wpływ ma ukształtowanie terenu (podłużne wzgórza, pojedyncze wzgórza i góry, skarpy zagłębienia, przełęcze),
przeszkody (budynki, drzewa). Płaski obszar porośnięty trawą jest typowym przykładem terenu o jednolitej szorstkości.
Na tym obszarze prędkość wiatru na wybranej wysokości jest prawie jednakowa. Przeszkody terenowe (budynki, rzędy
drzew, pojedyncze drzewa), znajdujące się na drodze przesuwających się mas powietrza, powodują gwałtowne
zmniejszenie prędkości wiatru i wzrost turbulencji w jej pobliżu. Zaburzenie w przepływie wywołane przeszkodą ma
niezwykle negatywny wpływ na trwałość i żywotność konstrukcji elektrowni, aczkolwiek współczesne obiekty
charakteryzują się wysoką niezawodnością i trwałością. W tabeli poniżej podano szacunkowe warunki uwzględniające
przykładowe przeszkody terenowe.
klasa Energia
Rodzaj terenu
szorstkości (%)
0 100 Powierzchnia wody
0,5 73 Całkowicie otwarty teren np. betonowe lotnisko, trawiasta łąka itp.
Otwarte pola uprawne z niskimi zabudowaniami (pojedynczymi).Tylko lekko pofalowane
1 52
teren.
Tereny uprawne z nielicznymi zabudowaniami i 8 metrowymi żywopłotami oddalonymi od
1,5 45
siebie o ok. 1250 metrów.
Tereny uprawne z nielicznymi zabudowaniami i 8 metrowymi żywopłotami oddalonymi od
2 39
siebie o ok. 500 metrów.
Tereny uprawne z licznymi zabudowaniami i sadami lub 8 metrowe żywopłoty oddalone od
2,5 31
siebie o ok. 250 metrów.
Wioski , małe miasteczka , tereny uprawne z licznymi żywopłotami , las lub pofałdowany
3 24
teren.
3,5 18 Duże miasta z wysokimi budynkami.
4 13 Bardzo duże miasta z wysokimi budynkami i drapaczami chmur.
Charakterystyka klas szorstkości.
Zmienność wiatru w ujęciu przestrzennym to także uzależnienie od wysokości. Średnia prędkość wiatru rośnie wraz z
wysokością względem powierzchni ziemi. Im wyżej tym wiatr ma coraz bardziej stały charakter (mniejsze turbulencje
spowodowane ukształtowaniem terenu). Z drugiej strony wraz ze wzrostem wysokości względem poziomu morza
zmniejsza się gęstość powietrza a to oznacza mniejszą proporcjonalnie moc wiatru.
1
Budowa elektrowni wiatrowej wymaga dużej, otwartej przestrzeni. Stanowi to poważny problem szczególnie dla farm
wiatrowych, w których muszą być zachowane odpowiednie odległości między samymi wiatrakami. Jednak obszar
faktycznie zajmowany przez siłownie jest niewielki. Szacuje się, że 99 % gruntów leżących w strefie oddziaływania parku
wiatrowego nadaję się użytku rolniczego, zarówno do uprawy ziemi jak i hodowli zwierząt, a dzierżawa gruntu pod
elektrownie może być dodatkowym z
ródłem dochodu dla rolników. Znane są również przypadki lokalizacji elektrowni
wiatrowych na wysokich hałdach (np. zwałowisk kopalnianych), co stanowi pewien sposób ich zagospodarowanie.
Wzrost prędkości wiatru wraz z wysokością, jako funkcja szorstkości terenu (przykładowa aproksymacja). Założony
punkt odniesienia to: średnią prędkość wiatru 5,5 m/s dla klasy szorstkości 1,5 na wysokości 30 m nad ziemią
Po dokonaniu wyboru odpowiedniej działki pod farmę wiatrową pozostaje nam tylko jej rozplanowanie. Służą do tego
specjalne programy komputerowe (np. WindPRO duńskiej firmy EMD). Jest wiele czynników, które poprzez niewłaściwe
rozplanowanie mogą spowodować obniżenie efektywności turbin od kilku, nawet do kilkunastu procent, co w skali roku
może przynieść ogromne straty w produkowanej energii. Od inwencji i wiedzy projektującego farmę zależy więc, jak w
miarę możliwości wykorzystać jej pełną moc.
Pierwszą zasadą właściwego planowania jest zachowanie odpowiedniej odległości turbin względem siebie. Według
zaleceń producenta odległość ta powinna wynosić od 5 do 8 średnic wirnika turbiny, a więc w przypadku elektrowni 2
MW, V80 powinno to być 400-640m. Dystans mniejszy niż 400 metrów przyczyniłby się do wzajemnego pozbawiania się
energii przez turbiny.
Jeśli chodzi o ekspozycję farmy największą uwagę należy zwrócić na dominujące kierunki wiatru w danym miejscu.
Turbiny powinny być wystawione na najczęściej i najsilniej wiejące wiatry. Poza tym muszą stać w taki sposób, aby
możliwie najmniej nawzajem się zasłaniały. Elektrownie stojące w pierwszej linii względem dominujących kierunków
wiatru mają zawsze największą efektywność.
2
Nad Morzem Północnym i Bałtykiem farmy wiatrowe przemieszczają się z lądu na przybrzeżne wody. W porównaniu z
terenami lądowymi, lokalizacja turbin wiatrowych na otwartym morzu posiada kilka wyraz
nych zalet:
" wiatry wykazują większą stabilność, umożliwiając bardziej efektywne wykorzystanie
ich energii oraz zmniejszenie zużycia urządzeń,
" siła wiatru na morzu jest większa na niższej wysokości, co umożliwia zużycie niższych wież,
" wiatry przybierają na sile w miarę oddalania się od brzegu,
" obszary morskie stwarzają więcej przestrzeni dla lokalizacji farm wiatrowych.
Z powodu trudności budowlanych, morskie farmy wiatrowe nie są konkurencyjne ekonomicznie w porównaniu z
lądowymi elektrowniami wiatrowymi. Koszty budowy podrażają wysokie opłaty za transport sprzętu i personelu oraz
użycie ciężkiego sprzętu budowlanego. Osobne problemy stwarza budowa podwodnej linii kablowej oraz fundamentów.
Morska farma wiatrowa.
3