Elektrownia wiatrowa (czyli wiatrak) to sposób na darmową energię poprzez zmniejszenie opłat ponoszonych na opał, ogrzewanie, prąd itd. Energię elektryczną z wiatraka najlepiej zużyć do ogrzewania wody w bojlerze, do ogrzewania pomieszczeń itd.

W przypadku posiadania instalacji centralnego ogrzewania poleca się umieszczenie dodatkowych elektrycznych grzałek w obiegu wody, do których to dostarczana będzie energia z generatora. W takich przypadkach nie potrzebne są żadne układy stabilizacji napięcia generatora, bo gdy np. zimą wiatr wieje to jednocześnie grzeją grzałki, a gdy wiatr nie wieje to grzałki oczywiście nie grzeją, ale zapotrzebowanie na ciepło jest też mniejsze.

Dodatkową zachętą do budowy elektrowni wiatrowej jest możliwość skorzystania z ulgi podatkowej, tj. odliczenia kosztów jej budowy od podatku rolnego.

Moc elektrowni wiatrowej determinują silnik wiatrowy i prądnica elektryczna. Przedstawiono, dla 5 typów silników wiatrowych, zależność mocy silnika od jego wymiarów i prędkości wiatru. Jako prądnicę wiatrową proponuje się maszynę synchroniczną wzbudzaną magnesami trwałymi.

Poniższy tekst przedstawia podstawowe zależności przy projektowa- niu/wykonywaniu elektrowni wiatrowej. Znaleźć tu również można informacje o prądnicach/generatorach oferowanych przez ośrodek Komel.

Moc elektrowni wiatrowej

Moc wiatru wynika z energii kinetycznej strumienia powietrza przechodzącego przez powierzchnię S z prędkością V₁ w czasie t.

                                        
                                     (1)

gdzie:    ၖ - gęstość powietrza (ၖ = 1,29 kg/m³ w temp. 0^oC 
                  i ciśnieniem 981 hPa),
   S, D - powierzchnia i średnica wirnika turbiny wiatrowej,
   V₁ - prędkość wiatru.

Moc, którą można odzyskać przy pomocy silnika wiatrowego, przy uwzględnieniu ciągłości przepływu strumienia powietrza i różnicy prędkości strumienia powietrza przed (V₁) i za (V₂) silnikiem wiatrowym

(2)

 

W silnikach wiatrowych minimalna średnia wartość prędkości wiatru za silnikiem wiatrowym (V₂), którą można uzyskać

co daje moc maksymalną silnika wiatrowego

           
                                       
(3)

Moc rzeczywista silnika wiatrowego zależy od jego konstrukcji i od stosunku prędkości obwodowej łopaty do prędkości wiatru
- rys.1, gdzie: ၷ - prędkość kątowa łopaty.

W budowanych elektrowniach wiatrowych stosuje się zwykle silniki trójłopatowe (rys.1.c), a moc wiatru wykorzy­stuje się przy prędkości V₁ od 4m/s do 25m/s Przy prędkości wiatru mniejszej od 4m.s moc wiatru jest niewielka a przy prędkościach 25m/s, ze względów bezpieczeństwa, elektrownia jest zatrzymywana. Moc znamionową silnika wiatrowego dopasowuje się zwykle do prędkości wiatru około 10-12 m/s.

   

Elektrownie wiatrowe z prądnicami Komelu
(kliknij w obrazek, aby powiększyć)

kliknij w rysunek, aby powiększyć

Rys. 1. Charakterystyka
silników wiatrowych typu: A, B, C, D, E

 

W zakresie prędkości obrotowej od 4 do 12 m/s silnik wiatrowy powinien pracować z mocą maksymalną, a powyżej prędkości znamionowej ze stałą mocą, równą mocy znamionowej - rys.2.

Z rys. 1 można dobrać optymalne parametry silnika wiatrowego wg kryterium

Dla założonej mocy P_n elektrowni wiatrowej uzyskiwanej przy prędkości wiatru V_n = 12m/s wybiera się typ turbiny wiatrowej: A,B,C, D lub E a następnie:

Rys. 2. Wykres wykorzystania mocy elektrowni wiatrowej w funkcji prędkości wiatru

 

• z rysunku 1 określa się parametry punktu pracy optymalnej:
  i
  ,

• z równań (1, 2 i 3) dla P_t = P_n wyznacza się średnicę silnika wiatrowego,

• z wartości
  _op oblicza się znamionową prędkość kątową ၷ_n i znamionową prędkość obrotową
  silnika wiatrowego.

Prędkość kątowa ၷ silnika wiatrowego zależy od typu silnika i średnicy łopat D, a więc od mocy silnika.

W ten sposób mamy wyznaczone głównie wymiary i parametry pracy silnika wiatrowego.

Z przedstawionych zależności łatwo wyliczyć związek między średnicą łopat a mocą znamionową elektrowni dla prędkości wiatru 12m/s. Zależność tę podano w tabeli 1.

Moc	kW	1	10	100	1000
sprawność	-	0,8	0,85	0,9	0,9
średnica łopat D	m	1,8	5,5	17	54

 

Generator dla elektrowni wiatrowej

Prędkość wiatru wykorzystywana w elektrowni wiatrowej jest zmienna V₁ = variabilis.

Maksymalne wykorzystanie mocy silnika wiatrowego (turbiny) wymaga zastosowania generatora o zmiennej prędkości obrotowej. Do tego celu najlepiej nadaje się generator synchroniczny z magnesami trwałymi, gdyż ma najprostszą budowę, nie wymaga dodatkowego wzbudzenia i ma najwyższą sprawność w porównaniu z innymi maszynami elektrycznymi. Generator może być napędzany przez silnik wiatrowy za pośrednictwem przekładni me­chanicznej lub bezpośrednio (generator wolnoobrotowy).

Dane na temat prądnic dostępne są na zakładce Opis prądnic, natomiast informacje dotyczące obliczania kątów zaklinowania łopat, zwanych potocznie kątami natarcia dostępne są na stronie internetowej pod adresem http://darmowa-energia.eko.org.pl/ (program „wiatrak”).

Turbina WHI-100 / 900W

9899,08zł

Turbina WHI-100 / 200  Mała turbina wiatrowa do zastosowań stacjonarnych. - moc max. 900 W lub 1000 W, - maksymalna wydajność około 21.6 kWh/dzień, - prosta instalacja, - brak kosztów eksploatacyjnych, - wysoka niezawodność i żywotność, - niska maSą i gabaryty.  Zastosowanie: - domki letniskowe, - działki rekreacyjne, - domy jednorodzinne, - tablice informacyjne, - pompowanie wody, (patrz nasza oferta - pompy), - telekomunikacja. WHI-100/200 jest turbiną produkowaną przez Southwest Windpower. Wyposażona jest w bez szczotkowy generator o mocy 900 W lub 1000W, wirnik o trzech łopatach i system automatycznej kontroli i hamowania. WHI-100/200 jest turbiną wiatrową dedykowaną dla zasilania małych odbiorników takich jak domy letniskowe, działki rekreacyjne, domy jednorodzinne, i wiele innych zastosowań. WHI-100/200 jest zabezpieczona przed korozją i wykonana z wytrzymałych materiałów. WHI-100/200 posiada specjalnej konstrukcji korpus i łopaty dzięki czemu obniżono poziom hałasu do minimum.  Generator - synchroniczny, stało wzbudny  Regulator - regulator ładowania pozwala kontrolować proces ładowania akumulatorów oraz kontroluje prace turbiny.  Wirnik - składa się z trzech łopat wykonanych z włókna węglowego. Dzięki optymalizacji kształtu zminimalizowano hałas emitowany przez łopaty.  Gwarancja - 24 miesiące.  Turbina WHI-100 oraz WHI-200 występuje również w odmianie morskiej 'MARINE' - odpornej na działanie wody morskiej. Dane techniczne: Model WHI-100 WHI-200 Moc [W] 900 1000 Napięcie generatora [V] 12, 24, 36,48 12, 24, 36, 48 Moc nominalna [m/s] 12.5 11.6 Rozruch [m/s] 3.4 3.1 Ilość łopat 3 3 Średnica wirnika [m] 2.1 3.0 Nakierowanie wirnika wiatr wiatr Waga [kg] 21 30

Ciągłe zapotrzebowanie na energię we wszystkich krajach świata, perspektywy wyczerpania się zapasów paliw kopalnych oraz zabiegi mające na celu ochronę środowiska naturalnego człowieka znacznie zwiększyły zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii i w konsekwencji doprowadziły do dużego wzrostu ich zastosowania. Wszelkie dotychczasowe dokonania, również te eksperymentalne, są bez wątpienia początkiem drogi prowadzącej do dynamicznego i globalnego wykorzystania źródeł energii odnawialnej.

Odnawialne źródła energii są to źródła wykorzystujące w procesie przetwarzania energię występującą w rozmaitych postaciach - w szczególności promieniowana słonecznego, wiatru, wody, a także biomasy i ciepła wnętrza Ziemi. Przy obecnym poziomie cywilizacji technicznej za odnawialne źródło energii można również uznać część odpadów komunalnych i przemysłowych, która nadaje się do energetycznego przetworzenia. Są to zwłaszcza tworzywa sztuczne, ścieki czy po prostu śmieci.

Źródła energii odnawialnej są praktycznie niewyczerpalne, gdyż ich zasoby uzupełniane są nieustannie w procesach naturalnych. Ich dostępność nie jest jednakowa w skali globalnej, ale występują niemal wszędzie. Najłatwiej dostępne są zasoby energii promieniowania słonecznego i biomasy, podczas gdy dostępność energii geotermalnej, wiatru czy wody jest ograniczona. Cechą charakterystyczną źródeł odnawialnych jest również ich minimalny wpływ na środowisko naturalne.

Siłę wiatru początkowo wykorzystywano głównie do napędzania urządzeń do mielenia ziarna, później pomp i systemów irygacyjnych. Budowane turbiny były montowane w systemie horyzontalnym na szczycie murowanej wieży. Pierwsze próby wykorzystania wiatru do produkcji energii elektrycznej datowane są na koniec XIXw. Dopiero jednak w latach osiemdziesiątych XX w. nastąpił gwałtowny rozwój energetyki wiatrowej.

Energia wiatru jest to energia kinetyczna poruszających się mas powietrza. Prędkość wiatru, a więc i energia jaką można z niego czerpać, ulega zmianom dziennym, miesięcznym i sezonowym. Szacuje się, że globalny potencjał energii wiatru jest równy obecnemu zapotrzebowaniu na energię elektryczną.

Budowa i sposób działania elektrowni wiatrowej

Najważniejszym elementem siłowni wiatrowej jest wirnik, zazwyczaj trójpłatowy. Jego średnica dochodzi nawet do 48 m. Wirnik osadzony jest na wale, którego obroty przekazywane są dalej do generatora. Generator wraz z transformatorem, układem smarowania, chłodzenia i hamulcem tarczowym umieszczone są w tzw. gondoli. Wirnik i gondola znajdują się na szczycie stalowej wieży i obracane są odpowiednio w kierunku wiatru.

rys. Schemat budowy turbiny wiatrowej (źródło - www.cire.pl)

Elektrownie pracują przy wietrze w określonym przedziale prędkości; najczęściej jest to 4-25 m/s. Po przekroczeniu tych parametrów następuje wyłączenie elektrowni, tzn. odłączenie od sieci i zahamowanie wirnika. Gondola i wirnik automatycznie ustawiają się "bokiem" do wiatru, gdyż wtedy siły działające na konstrukcję są najmniejsze.
Sprawność zamiany energii wiatru na energię elektryczną nie przekracza 40-50% i w dużym stopniu zależy od rozwiązań konstrukcyjnych, prędkości wiatru oraz lokalizacji elektrowni wiatrowych. Średniej wielkości wiatrak, o wysokości ok. 60 m i rozpiętości skrzydeł ok. 44 m pozwala wygenerować moc rzędu 660 kW, co wystarcza do zaopatrzenia w energię elektryczną dużego zakładu przemysłowego lub 300 do 400 gospodarstw domowych.

Turbiny wiatrowe ustawiane są zarówno na lądzie, jak i na morzu, pojedynczo lub w grupach - tzw. farmach wiatrowych. Najkorzystniejsze warunki panują w pasach nadmorskich i właśnie głównie tam lokalizowane są turbiny. Szybkość i częstotliwość występowania wiatru w tych rejonach pozwala na w miarę równomierną produkcję energii.
Ze względu na wielkość konstrukcji elektrownie wiatrowe wymagają stosunkowo dużej powierzchni. Elektrownia o mocy 1 MW potrzebuje ok. 1 ha powierzchni ziemi. Między innymi dlatego umiejscawiane są z dala od większych miejscowości. Inny problem stanowi hałas wytwarzany przez pracującą elektrownię. Pochodzi głównie z obracających się łopat wirnika. Nie jest to dźwięk o dużym natężeniu, ale problemem jest jego monotonność i długoczasowe oddziaływanie na psychikę człowieka. Strefą ochronną powinien być objęty obszar ok. 500 m wokół masztu elektrowni. Lokalizacja elektrowni wiatrowej powinna być uzgadniana także z ornitologami. Wiatraki mogą bowiem kolidować z trasami przelotów ptaków.

Warunki wiatrowe w Polsce

Mapka przedstawia warunki wiatrowe na obszarze Polski: najbardziej wietrzne obszary zaznaczone są najciemniejszym kolorem, najmniej korzystne - najjaśniejszym.
Polska jest uważana za kraj średnio zasobny w wiatr. Ocenia się, że średnioroczna prędkość wiatru w Polsce północnej na wysokości ponad 50 m wynosi 5,5 - 7,5 m/sek. Pierwsze elektrownie wiatrowe powstały tu już na początku lat 90. Choć na świecie i w Europie energetyka wiatrowa z każdym rokiem robiła imponujące postępy, w Polsce przez wiele kolejnych lat takich elektrowni nie przybywało. Nowy etap w jej rozwoju otwiera bez wątpienia uruchomienie w styczniu 2004r. elektrowni wiatrowej w Zagórzu na wyspie Wolin. Zakłada się, że wiatry w okolicach Zalewu Szczecińskiego umożliwią produkcję 70 tys. MWh energii elektrycznej rocznie.

Niemcy, Francja i Hiszpania należą do najszybciej rozrastających się rynków energetyki wiatrowej w Europie w przedziale czasowym 2002-2010. Hiszpania jako jedno z nielicznych państw posiada wymarzone warunki atmosferyczne dla rozwoju tego rodzaju energetyki. Ponadprzeciętna prędkość wiatru, dochodząca do 10 m/s, połączona z olbrzymią ilością potencjalnych miejsc lokalizacji turbin wiatrowych czyni ten kraj najbardziej obiecującym rynkiem energii wiatrowej w Europie. Łączna moc zainstalowanych tam urządzeń przekracza 1600 MW, a produkcja roczna wynosi 3750 GWh.

Latem 2002 roku na zachodnim wybrzeżu Danii zakończono budowę największej farmy wiatrowej Horns Rev usytuowanej na morzu. Znajduje się ona na Morzu Północnym, 14-20 km od brzegu na zachód od miejscowości Blavands Huk i jest realizacją pierwszego etapu wielkiego duńskiego projektu mającego na celu produkcję czystej energii z turbin wiatrowych umieszczonych poza lądem. Plan opracowany przez duński Rząd zakłada budowę tego typu farm wiatrowych do 2030 roku o łącznej mocy 4000 MW. Podstawowym kryterium decydującym o wyborze miejsca na morzu jest głębokość od 5 do 15m oraz minimum taka odległość od lądu aby turbiny były poza zasięgiem wzroku.

Źródło:

1. Materiały z konferencji "Biomasa i energie przyjazne środowisku", Zespół Szkół Agro-Ekonomicznych, Karolewo, czerwiec 2004
2. Materiały z konferencji "Ogólnopolskie Forum Odnawialnych Źródeł Energii"
3. "Największa farma wiatrowa na morzu", Czysta Energia, 10/2002
4. "Farma wiatrowa w Zagórzu", Czysta Energia, 4/2003
5. www.cire.pl
6. www.ecbrec.pl
7. www.elektrownie-wiatrowe.org.pl

 www.cire.pl	Centrum Informacji o Rynku Energii
 www.ecbrec.pl	Europejskie Centrum Energii Odnawialnej
 www.ew.koronowo.pl	Elektrownie Wodne Sp. z o.o.
 www.epzew.com.pl	EP Zakład Elektrowni Wodnych Sp. z o.o.
 www.elektrownie.gorzow.pl	Zakład Elektrowni Wodnych ENERGOZEW Sp.zo.o.
 www.tew.pl	Towarzystwo Elektrowni Wodnych
 www.seo.org.pl	Stowarzyszenie Energii Odnawialnej
 www.mos.gov.pl	Ministerstwo Ochrony Środowiska
 www.greenprices.pl	Portal zielonej energii w Europie
 www.energia-odnawialna.pl	Serwis "Energia Odnawialna"
 www.czystaenergia.pl	Serwis www miesięcznika "Czysta energia"
 www.autobus-energetyczsny.pl	"Autobus energetyczny" - edukacja ekologiczna
 www.windpower.pl	Serwis poświęcony farmom wiatrowym
 www.trmew.pl	Towarzystwo Rozwoju Małych Elektrowni Wodnych
 www.mew.pl	Małe Elektrownie Wodne
 www.elektrownie-wiatrowe.org.pl	Serwis poświęcony elektrowniom wiatrowym
 www.bape.com.pl	Bałtycka Agencja Poszanowania Energii
 www.ekoenergia.pl	Vortal poświęcony odnawialnym źródłom energii
 www.windhunter.com	Firma zajmująca się pomiarami wiatru
 www.apra.pl/agroenergetyka	kwartalnik o odnawialnych źródłach energii
 www.polpanel.strefa.pl	POLPANEL nowe technologie i wynalazki
 www.EnergieOdnawialne.pl	Informacyjny vortal OZE
 www.ure.gov.pl	Urząd Regulacji Energetyki

W gminie Słupsk trwa poważny spór dotyczący lokalizacji elektrowni wiatrowych - informuje Głos Pomorza.

Podczas ostatniej sesji rady gminy samorządowcy uchwalili plan zagospodarowania przestrzennego, pozwalający na budowę wielkich farm wiatrowych. Zainteresowana tego typu inwestycją jest firma CB Windenergy Słupsk.

Tymczasem decyzje radnych wzbudziły zdecydowany sprzeciw wśród mieszkańców okolicznych wsi, którzy zagrozili, że będą dochodzić swoich praw w sądzie. Ich zdaniem budowa wiatrowni spowoduje degradację regionu nazywanego "Krainą w kratę”. Co więcej twierdzą, iż pozostaje ona w sprzeczności z zapisami strategii rozwoju województwa pomorskiego.

W swych argumentach, przeciwnicy elektrowni, powołują się na wzrastające zainteresowanie agroturystyką, a co za tym idzie także wzrost inwestycji w tę dziedzinę. Dowodzą, że budowa wiatraków wpłynie niekorzystnie na atrakcyjność turystyczną regionu, co może pozbawić mieszkańców dochodów. Zapowiadają procesy o odszkodowanie za spadek wartości nieruchomości oraz walkę z wiatrakami, w której wykorzystają "wszelkie możliwe sposoby".

Głos Pomorza

---