POJĘCIE ELEKTROWNI WIATROWEJ:

Elektrownia wiatrowa to zespół urządzeń produkujących energię elektryczną, wykorzystujących do tego turbiny wiatrowe. Energia elektryczna uzyskana z wiatru jest uznawana za ekologicznie czystą, gdyż, pomijając nakłady energetyczne związane z wybudowaniem takiej elektrowni, wytworzenie energii nie pociąga za sobą spalania żadnego paliwa.

HISTORIA:

• Energia wiatrowa była jedną z najwcześniejszych energii odnawialnych wykorzystywanych przez człowieka.

• Pierwsze wiatraki znalazły zastosowanie w rolnictwie przy pompowaniu wody do nawadniania pól oraz mieleniu ziarna.

• Najstarsze opisy użycia wiatraków pochodzą z 400r. p.n.e. z regionów Indii. W krajach basenu Morza Śródziemnego oraz Chinach wiatraki pojawiły się na początku naszej ery.

• Natomiast w XVII wieku powstaje w Europie nowy typ wiatraków, wiatrak holender drewniany i holender murowany, których budowa umożliwiała uzyskanie powierzchni skrzydeł prostopadle do kierunku wiatru.

• Amerykańskim pionierem przemysłu elektrotechnicznego był Charles F. Brush, który na przełomie lat 1887-1888 zbudował pierwszą samoczynnie działającą siłownię wiatrową produkującą energię elektryczną. Turbina Brush'a posiadała wirnik o średnicy 17 metrów, który składał się ze 144 łopat wykonanych z drzewa cedrowego. Moc nie była imponująca, wynosiła jedyne 12 kW, a spowodowane było to wolnoobrotowym, wielołopatowym wirnikiem.

• Dopiero Poul la Cour na przełomie lat 1846-1908 dokonał znaczącego odkrycia. Doszedł do wniosku, że wydajniejsze dla generatorów elektrycznych są wirniki o kilku łopatach.

• Inżynier Johannes Juul, pierwszy uczeń Cour'a, a zarazem kontynuator prac nad doskonaleniem elektrowni wiatrowych, w roku 1950 skonstruował elektrownię wiatrową prądu przemiennego. W roku 1957 na wybrzeżu Gedser w Danii zostały postawione elektrownie wiatrowe, których założenia myśli technicznej do dziś są uważane za nowoczesne. Były one wyposażone w trójpłatowy wirnik skierowany przodem do wiatru, generator asynchroniczny, mechanizm ustawiania kierunku, hamulce aerodynamiczne oraz regulację mocy poprzez zmianę kąta natarcia łopat, dzięki temu osiągały moc 200 kW.

• Pełen sukces w dziedzinie energetyki wiatrowej przyniosły dopiero lata dziewięćdziesiąte, zaczęto wtedy produkować energię na skalę światową. Największe moce, które udało się do tej pory uzyskać to 4,5 MW na modelu Enercon E-112 przy wysokości wieży 124 m.

WYDAJNOŚĆ:

Aby uzyskać 1 MW (megawat) mocy, wirnik turbiny wiatrowej powinien mieć średnicę około 50 metrów. Ponieważ duża konwencjonalna elektrownia ma moc sięgającą nawet 1GW (gigawata), tj. 1000 MW, to jej zastąpienie wymagałoby użycia nawet do 1000 takich generatorów wiatrowych. W niektórych krajach budowane są elektrownie wiatrowe składające się z wielu ustawionych blisko siebie turbin - tzw. farmy wiatrowe. Na polskim wybrzeżu Bałtyku oddano do użytku w 2006 roku taką farmę w miejscowości Tymień (25 wiatraków o mocy 2 MW każdy = 50 MW). Na terenie Polski przeważają jednak strefy ciszy wiatrowej, czego doświadczyli ponoszący straty posiadacze kilku elektrowni wiatrowych. Tylko nad Bałtykiem, w okolicach Suwalszczyzny oraz na Podkarpaciu można mówić o jakimkolwiek rozwoju wiatraków. Polskimi "zagłębiami wiatrowymi" są przybrzeżne pasy w okolicach Darłowa i Pucka. Specjaliści z Politechniki Szczecińskiej twierdzą wręcz, że rola energii wiatrowej w bilansie energetycznym Polski jest i będzie w przyszłości mała, co jednakże nie przeszkadza Niemcom budować licznych farm wiatrowych (na każdej liczba turbin idzie w dziesiątki) wzdłuż granicy z Polską. Jednakże i oni mieli już okazję zetknąć się z tym problemem - w 2003 roku upalne lato nad większością obszaru Europy spowodowało ciszę wiatrową o rozmiarach klęski: stanęły wiatraki, i gdyby nie konwencjonalne źródła energii, na wielu terenach zabrakłoby prądu. To wszystko spowoduje, że energetyka wiatrowa jeszcze przez bardzo długi czas w Polsce nie będzie się rozwijać…

MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA ENERGETYKI WIATROWEJ W POLSCE:

• Możliwości rozwoju energetyki wiatrowej w Polsce są bardzo obiecujące. (Szacuje się, że na 1/3 powierzchni Polski istnieją odpowiednie warunki dla wykorzystania energii wiatru, a produkcja energii elektrycznej z wiatru może osiągnąć nawet 17 proc. bilansu energetycznego kraju. W chwili obecnej w Polsce pracuje 29 elektrowni wiatrowych o łącznej mocy 10 MW). Wskazują na to uzyskane wyniki badań prowadzonych, na podstawie wieloletnich obserwacji kierunków i prędkości wiatru w IMGW, prowadzonych przez profesjonalnej sieci meteorologicznej. Badania były przeprowadzone na terenie całego kraju .
  

• Do rejonów o najkorzystniejszych warunkach znajdujących się w Polsce zaliczane są okolice od Świnoujścia aż po Hel, rejon wyspy Wolin oraz część Suwalszczyzny. Dostateczne warunki wiatrowe do budowy elektrowni wiatrowych ma Nizina Mazowiecka, część Wielkopolski oraz pasy nadbrzeżne Bałtyku. Najlepszym przykładem jest rozmieszczenie elektrowni wiatrowych w Polsce .

• Godną uwagi sprawą są zasoby energii wiatru w rejonach wyżynnych i górzystych. Jak wynika z ma­py wiatrów, rejony te należałoby uznać za niezbyt wietrzne. Stacje meteorologiczne zlokalizowane są przeważnie w kotlinach, nieckach i blisko dużych skupisk ludzkich, dlatego wyniki pomiarów w stosun­ku do terenów położonych wyżej (np. grzbietów górskich) słabo odzwierciedlają prawdziwy stan wiatrów. Rejony wyżynne i górzyste wymagają osobnych badań parame­trów wiatru w celu określenia ich przydatności do budowy elektrow­ni wiatrowych. Wiatr w tych rejo­nach charakteryzuje się częstymi i szybkimi zmianami kierunku oraz prędkości.

Turbina wiatrowa - urządzenie zamieniające energię kinetyczną wiatru na pracę mechaniczną w postaci ruchu obrotowego wirnika.

Współczesne turbiny wiatrowe możemy podzielić na:

* bębnowe,
* karuzelowe,
* rotorowe Savoniusa,
* wielopłatowe,
* Darrieusa,
* śmigłowe,
* typu tornado

Najczęściej spotykaną w zastosowaniach energetycznych turbiną jest turbina śmigłowa trójpłatowa (rzadziej dwu- lub jednopłatowa), o poziomej osi obrotu, wirniku ustawionym “na wiatr”, zamocowanym w gondoli stalowej lub z tworzyw sztucznych. Całość umieszczona jest na wieży o wysokości od 40 do 100 m.

CENY:

Na rynku polski dostępne są wiatraki o mocy od 120W do 12kW a ceny wahają się w od 480$ w górę.

Elektrownie wiatrowe - przegląd sytuacji

JAK DZIAŁA ELEKTROWNIA?

Elektrownie wiatrowe mogą wytwarzać energie elektryczna tylko wtedy, gdy wieje wiatr - i to w dodatku z prędkością większa od prędkości tzw. startowej, poniżej której turbina po prostu stoi. Przydomowe elektrownie wiatrowe są całkowicie niezależnymi źródłami energii, w których instaluje się jeden z dwóch rodzajów prądnic:

1) prądu stałego,

2) małe, trójfazowe - asynchroniczne.

Elektrownie z prądnica prądu stałego (najczęściej stosowane) mogą zasilać obiekty, jeżeli są wyposażone w regulator napięcia oraz akumulatory do gromadzenia energii ( 2 , 3 ), a jeśli maja dostarczać prąd przemienny (taki jak w sieci) -musza mieć falownik. Jeśli elektrownie te maja zasilać dom mieszkalny, to wspomniane urządzenia składowe umieszcza się zwykle w pomieszczeniach gospodarczych, garażach itp.

RODZAJE ELEKTROWNI

Ze względu na moc elektrownie wiatrowe dzieli się na modele "mikro", "małe" i "duże". Do zasilania domów stosuje się głównie dwa pierwsze rodzaje.

- Mikroelektrownie wiatrowe to modele poniżej 100 Watów (W) mocy. Używa sie ich najczęściej do ładowania baterii akumulatorów stanowiących zasilanie obwodów wydzielonych - tam, gdzie nie ma sieci elektroenergetycznej, lub z jakiegoś powodu nie chce się z niej korzystać. Takie elektrownie można wykorzystać do zasilania przez akumulatory części oświetlenia domu: pojedynczych lamp, a nawet poszczególnych pomieszczeń czy urządzeń.

- Małe elektrownie wiatrowe to nieco większe modele o mocy od 100 W do 50 kW. Modele z tej grupy mogą zapewniać energie elektryczna w pojedynczych gospodarstwach domowych, a nawet w małych firmach. W warunkach przydomowych najpopularniejsze są elektrownie 3-5 kW. Moc takich elektrowni, wspomagana energia zmagazynowana w akumulatorach, wystarczy nierzadko do zasilania oświetlenia, układów pompowych, sprzętu i urządzeń domowych.

- Duże elektrownie wiatrowe (w praktyce powyżej 100 kW), oprócz tego, ze mogą zasilać dom, stosowane są przede wszystkim do wytwarzania prądu, który sprzedaje się sieci elektroenergetycznej. Taka elektrownia musi spełniać szczegółowe wymagania lokalnego operatora sieci, potrzebna jest tez oczywiście jego zgoda na takie przyłączeń

PRAWO:

Pojawił się szereg ustaw i dokumentów, które dały wyraz praktycznego poparcia wyżej wymienionych tendencji. Podstawową prawną regulacją rozwoju energetyki odnawialnej w Polsce jest ustawa o prawie energetycznym z dnia 10 kwietnia 1997 r. i rozporządzenia wykonawcze do niej. Ustawa ta zaleca: uwzględnienie odnawialnych źródeł energii w planach rozwoju przedsiębiorstw energetycznych oraz w założeniach do lokalnych planów zaopatrzenia gminy w ciepło, energię elektryczną oraz paliwa gazowe przez zarząd gminy. Dopuszcza uwzględnienie wydatków ponoszonych na rozwój energetyki odnawialnej w taryfach cen energii, urealnia ceny energii, co w efekcie ograniczyło subwencjonowanie paliw kopalnych, a w dalszej perspektywie może doprowadzić do włączenia w kalkulacje cen energii kosztów zewnętrznych (ekologicznych i społecznych) tradycyjnego systemu zaopatrzenia w energię.

 

15 grudnia 2000 ukazało się Rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie obowiązku zakupu energii elektrycznej ze źródeł niekonwencjonalnych i odnawialnych oraz wytwarzanej w skojarzeniu z wytwarzaniem ciepła. Nakłada ono na przedsiębiorstwa energetyczne, zajmujące się obrotem energią elektryczną obowiązek zakupu energii ze źródeł niekonwencjonalnych i odnawialnych, w szczególności pochodzących z:

 

- elektrowni wodnych,

- elektrowni wiatrowych,

- biogazu,

- biomasy,

- biopaliw,

- słonecznych ogniw fotowoltaicznych,

- słonecznych kolektorów do produkcji ciepła,

- ciepła geotermalnego.

 

Obowiązek ten uznaje się za spełniony, jeżeli udział ilości energii elektrycznej wytworzonej w źródłach niekonwencjonalnych i odnawialnych w wykonanej całkowitej rocznej sprzedaży energii elektrycznej przez dane przedsiębiorstwo energetyczne wynosi nie mniej niż:

- 2,4% w 2001 roku,

- 2,5% w 2002 roku,

- 2,65% w 2003 roku,

- 2,85% w 2004 roku,

- 3,1% w 2005 roku,

- 3,6% w 2006 roku,

- 4,2% w 2007 roku,

- 5,0% w 2008 roku,

- 6,0% w 2009 roku,

- 7,5% W 2010 roku i w latach następnych .

Wymagane zezwolenia. 

Elektrownie wiatrowe, które maja być trwale związane z gruntem (maja mieć fundament), są uważane za obiekty budowlane i podlegają wszelkim przepisom prawa budowlanego. Na ich postawienie wymagane jest zatem uzyskanie pozwolenia na budowę. Wyjątek stanowią urządzenia nieduże i sięgające niewiele poza obrys okolicznej zabudowy, a posadawiane zazwyczaj na masztach z odciągami - na te często nie trzeba uzyskiwać pozwolenia na budowę ani ich zgłaszać (ale lepiej upewnić się co do tego przed rozpoczęciem budowy!).

Aby można było sprzedawać nadwyżki energii do sieci elektroenergetycznej, zgodnie z przepisami obowiązującymi od 1 maja 2004 r.** trzeba uzyskać od Urzędu Regulacji Energetyki specjalne zezwolenie (koncesje) na prowadzenie takiej działalności gospodarczej i zarejestrować te działalność w stosownym urzędzie (np. miejskim, gminy lub innym). Niestety, zakres formalności wymaganych od potencjalnego producenta czystej energii wiatrowej nie sprzyja popularności takich inwestycji w Polsce.

Finansowanie.

Wszyscy (także indywidualne osoby fizyczne) chętni do postawienia przydomowej elektrowni wiatrowej mogą skorzystać z pomocy i niskooprocentowanych (nawet 1%) kredytów instytucji finansowych, na przykład Banku Ochrony Środowiska. Kredyty te według założeń mogą być przeznaczone na zakup lub montaż urządzeń i wyrobów służących ochronie środowiska. 

ZALETY I WADY ELEKTROWNI WIATROWYCH:

Zalety:

• Pozytywny efekt ekologiczny. Stworzenie dużej ilości elektrowni wiatrowych pozwoli na uzyskiwanie energii bez udziału paliw kopalnych. Dzieki temu zmniejszy się ilość emitowanych do atmosfery gazów powstających w wyniku ich spalania.

• Odnawialność energii bez dodatkowych kosztów. Odnawialność oznacza, że będziemy mniej zużywać innych, głównie nieodnawialnych źródeł. To również będzie bardzo korzystne ekonomicznie nie tylko w skali konkretnych państw, ale całego globu.

• Niskie koszty eksploatacji elektrowni.

• Postęp technologiczny

• Rozwój lokalnych rynków pracy

• Zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego kraju

Wady:

• Wysokie koszty inwestycyjne i stosunkowo mała wydajność pojedynczej elektrowni. To powoduje, że nieopłacalne jest wybudowanie jednej elektrowni, potrzebna jest cała sieć takich urządzeń, które zrekompensowałyby wydatek na ich budowę dużą ilością produkowanej energii.

• Uzależnienie od warunków atmosferycznych. Nie wszędzie można wybudować elektrownie ze względu na małą opłacalność. Niektóre strefy klimatyczne nie nadają się do tego typu przedsięwzięć, gdyż wiatry tam wiejące są zbyt słabe, aby udało się uruchomić taką elektrownię. Ponadto okresowość wiejących wiatrów i co za tym idzie niska przewidywalność produkcji energii sprawiają, że energetyka wiatrowa jest niezbyt korzystna z ekonomicznego punktu widzenia. W Polsce dodatkowym elementem utrudniającym zaistnienie tego źródła energii są kłopoty wynikające z polityki energetycznej firm-odbiorców energii, które żądają zapewnienia stałej wielkości dostaw oraz fakt, że na terenie Niziny Szczecińskiej istnieje zespół elektrowni zaspokajających potrzeby tego regionu, a przesył energii ze względu na straty jest nieopłacalny. Rozwojowi energetyki wiatrowej w Polsce wydają się też nie sprzyjać przepisy prawne - szacuje się, że same wydatki, dotyczące uzyskania pozwolenia na budowę wiatraków często stanowią nawet 25% kosztów ogólnych uruchamiania elektrowni wiatrowej, natomiast możliwość uzyskania kredytów na taką budowę jest w Polsce niewielka.

• Duża degradacja krajobrazu. Postawienie dużej ilości wiatraków na małej przestrzeni zmniejsza atrakcyjność turystyczną danych terenów. Elektrownie wiatrowe generują dużą ilość hałasu, co uniemożliwia zasiedlenie przez ludzi terenów znajdujących się w okolicy. Z tego względu są pomysły, aby tworzyć takie elektrownie na morzach, pustyniach czy innych niewykorzystanych terenach.

• Zagrożenie dla ptaków. Problem też stanowi fakt, iż wg niektórych badań farmy wiatrowe poważnie zagrażają ptactwu, zaś wzdłuż Odry przebiega szlak ich sezonowych wędrówek południkowych. Na ten problem zwracają też uwagę światowi ekolodzy, m.in. ze Szkocji i USA. Stwierdzono, że szkockie elektrownie wiatrowe przyczyniają się do ginięcia zagrożonych gatunków ptactwa (m.in. sokołów, orłów i latających na małych wysokościach drzemlików), a amerykańska organizacja pozarządowa Center for Biological Diversity policzyła, że turbiny jednej tylko lokalnej elektrowni wiatrowej zabijają corocznie nawet do 1,3 tys. latających ptaków drapieżnych.

ŹRÓDŁA:

• "Energia & Przemysł" - marzec 2007

• "Nowy Przemysł" na podstawie EWEA (European Wind Energy Association)

• Artykuły mgr inż. Sławomir Sądla

• „Raport o światowym rynku energii 2005. Czynniki decydujące o cenach energii”

---