SNC03709

Tab, 7.4. Zasoby energii kinetycznej wiatru z jednostkowej powierzchni siłowni na wysokości 10 i 30 m n.p.g. w niekłó-rych miejscowościach Polski (klasa szorstkości 0) (wg Lorenc 1996, str. 123)

Energia użyteczna w kWli/rok/m²

Miejscowości	Wys. 10 m	Wys. 30 m
Hel	1581,9	2592,7
Łeba	1439,8	2359,8
Koszalin	1049,9	1720,8
1 Mikołajki	389,6	636,6
Suwałki	989,4	1621,6
Łódź	787,0	1289,9
Poznań	876,7	1436,9
Kielce	290,6	476,3
Nowy Sącz	245,9	403,1

Do oceny energii użytecznej wiatru (dla określonego rodzaju siłowni) potrzebne jest także obliczenie energii wiatru o prędkościach przekraczających tzw. prędkość nominalną, właściwą danej turbinie. Energia użyteczna w tym przypadku wyznaczona jest przez prędkość nominalną, równą lub mniejszą od rzeczywistej prędkości wiatru.

Wydajność energetyczna siłowni wiatrowej, czyli potencjalna produkcja energii użytecznej, wynika z fizycznych praw, rządzących konwersją energii oraz z zastosowanych technicznych rozwiązań. Przede wszystkim trzeba zauważyć, żc turbina nie wykorzystuje całej energii kinetycznej wiatru, określonej przez bezwzględną prędkość wiatru. Możliwa jest jedynie konwersja części tej energii, której wielkość określona jest przez różnicę trzeciej potęgi prędkości wiatru przed i za turbiną wiatrową. W przypadku szybkobieżnych turbin tylko do 40-55% energii wiatru zamienia się w energię ruchu turbiny. Kolejne straty następują przy konwersji energii mechanicznej w elektryczną. Tutaj sprawność konwersji wynosi j około 60%. Całkowita sprawność elektrowni wiatrowej maleje więc do poziomu poniżej 30%.

Istnieją ponadto techniczne ograniczenia sprawności siłowni wiatrowej. Z całego spektrum energetycznego wiatru (rozkładu energii w przedziałach prędkości) siłownia wykorzystuje energię, zawartą w zakresie od prędkości rozruchu v_r do prędkości wyłączenia v_w. Są to zwykle prędkości 4 i 25 lub 30 m/s. Poza tym, istnieje technicznie uwarunkowana prędkość nominalna v„ równa, np. 14 m/s, powyżej której moc siłowni pozostaje stała, niezależnie od prędkości wiatru. Tak więc, wydajność energetyczną elektrowni wiatrowej określa energia wiatrówE(v) z przedziału prędkości od v, do v_n i energia wiatrów E(y„) dla przedziału od v_H do Wydajność ta może być jeszcze ograniczona wskutek technicznych przerw eksploatacji elektrowni; ubytek ten szacuje się na 10-20% (Soliński, 1999).

W rezultacie wytworzona energia elektryczna stanowi tylko niewielką część zasobów energii wiatru. Przyjmując całkowitą sprawność elektrowni na poziomie 30% i przerwy eksploatacyjne 20%, otrzymuje się roczną produkcję energii elektrycznej ze standardowej turbiny wiatrowej równą około 1074 kW/m²/rocznie, przy wykorzystaniu rocznych zasobów energii wiatru o średniej prędkości 6,7 m/s na wysokości 40 m, oszacowanych na 4400 kWh/m²/rocznie. Rozpatrywana w tym przykładzie elektrownia wiatrowa o powierzchni wirnika 1350 m² wytwarza w ciągu roku 1450 MWh energii elektrycznej (Soliński, 1999, s. 68).

Klimat i system klimatyczny

Istnienie na Ziemi stref klimatycznych, podobnie jak i geneza pojęcia „klimat”, wiążą się bezpośrednio z kulistym kształtem Ziemi. Pierwsze spostrzeżenia i wnioski na ten temat pochodzą ze starożytnej Grecji. Uczeni greccy wiedzieli, że nachylenie promieni słonecznych względem powierzchni ziemskiej, manifestujące się m.in. długością cienia, rzucanego przez pionowy słup, zmienia się z południa na północ. Zmianom tym towarzyszy też różna długość dnia i różne warunki atmosferyczne - gorące i suche na południu, chłodne i wilgotne na północy. Hipokrates (460-ok. 370 r. p.n.e.), Erato-stenes (275-195 r. p.n.e.) i Hipparch (190-120 r. p.n.e.) wnioskowali, że zmiennością tą rządzi nachylenie promieni słonecznych -klima.

Ten ostatni uczony jest uznawany za autora pojęcia „klimat”, a także miary położenia na Ziemi - szerokości geograficznej (Staszewski, 1966). Eratostenes natomiast mierząc kąty klima w Aleksandrii i w Syene (dzisiejszy Assuan), różniące się o 1/50 kąta pełnego (7,2 stopnia), wyznaczył obwód kuli ziemskiej, wynoszący 250 000 stadiów, tj. około 38 000 km. Pomiar ten, wykonany tzw. skafem, przyrządem zbudowanym z wazy, w której pionowo umieszczona igła rzuca cień na wewnętrzne, wyskalowane ścianki naczynia, okazał się zadziwiająco dokładny. W rzeczywistości obwód Ziemi jest zaledwie o 5% większy (Taylor, 1962).

Współcześni geografowie wzięli z tych badań „klimat” i - szerokość geograficzną, którą traktuje się jako główny czynnik klimatotwórczy. Lepiej byłoby jednak wrócić do myśli greckiej i uznać, że różnice klimatyczne na Ziemi biorą się z różnego, zmieniającego się w ciągu dnia i w ciągu roku oświetlenia przez Słońce. Przecież to właśnie cykliczna zmienność oświetlenia, zarówno nachylenia (wysokości) Słońca nad horyzontem, jak i długości dnia, wpływa bezpośrednio na klimatyczne cechy stref geograficznych, podczas gdy szerokość geograficzna pozostaje niezmienna -jakiż więc z niej czynnik!

Na nieścisłość takiego ujęcia zwraca uwagę U. Kossowska-Cezak (1997), pisząc m.in. „... szerokość geograficzna jako taka nie wpływa na klimat - jest to skrót myślowy, chociaż powszechnie przyjęty” (str. 40). „Czynnik to zewnętrzna siła oddziałująca na coś, warunkująca coś, rozstrzygająca o czymś” (Doroszewski, Kurkowska, 1980) - raczej jest więc to energia (insolacja) niż kąt (szerokość geograficzna). Spróbujmy więc porzucić „skrót myślowy” i zacznijmy mówić o nasłonecznieniu Ziemi (insolacji), jako głównym czynniku klimatu i przyczynie jego przestrzennej zmienności na Ziemi - strefowego zróżnicowania.

183