Z powodu zawirowań politycznych i ekonomicznych, ceny tradycyjnych paliw kopalnych cały czas rosną. Za to urządzenia do pozyskiwania energii odnawialnej stają się coraz wydajniejsze i tańsze, przez co znajdują się w zasięgu cenowym większej liczby potencjalnych odbiorców
Turbina wiatrowa GE 2.5xl spełnia rosnące wymagania współczesnych lądowych elektrowni wiatrowych. Wirnik w nowym modelu ma średnicę 100 metrów – o 12 metrów większą od używanej obecnie turbiny o mocy 2,5 megawata
Jedną z ekspansywniej rozwijających się gałęzi w branży energii odnawialnych jest pozyskiwanie jej z wiatru. Pierwsze elektrownie wiatrowe stawiano już w latach międzywojennych. Jednak prawdziwy ich rozkwit nastąpił w latach siedemdziesiątych – podczas kryzysu paliwowego.
Z wiatrem w zawody
Według naukowców z Uniwersytetu Stanforda w USA, po zbadaniu 8 tys. stanowisk pomiarowych na całym świecie, zasoby wiatru z tych miejsc mogłyby dostarczyć 72 TW energii. Na całym świecie rocznie zużywa się 1,7 TW energii (według danych z 2000 r.), a więc wystarczyłoby wykorzystać 20% przebadanych stanowisk, aby pokryć… światowe zapotrzebowanie na prąd. Oczywiście takich miejsc jest z pewnością więcej szczególnie w krajach rozwijających się, skąd pomiary są bardzo nieliczne.
Turbiny wiatrowe dzielimy na dwa rodzaje. Pierwszy rodzaj charakteryzuje pozioma oś obrotu HAWT (Horizontal Axis Wind Turbines). Należą do nich najbardziej znane konstrukcje ze śmigłami obracającymi się prostopadle do kierunku natarcia wiatru. Najczęściej 2 lub 3 łopatowe, ale są i z jedną, jak i wieloma łopatami. Wiatraki typu HAWT dzieli się w zależności od liczby łopat i ustawienia wirnika przed lub za masztem w stosunku do kierunku natarcia wiatru. Za masztem są nieco mniej wydajne ze względu na (chwilowe) zasłonięcie wirnika przez maszt. Drugi, o pionowej osi obrotu VAWT (Vertical Axis Wind Turbines), spotykamy dużo rzadziej. W tym przypadku wieniki obracają się równolegle do kierunku natarcia wiatru. Konstrukcyjnie są dużo bardziej zróżnicowane. Niektóre do rozruchu wymagają zewnętrznych napędów, inne – np. świderkowe – potrafią produkować prąd już przy wietrze o prędkości dochodzącej do 1,5 m/s i działają prawie bezgłośnie.
Firmy poszukują także wielu nowych metod mających poprawić wydajność wiatraków. Jedną z nich jest dyfuzor; zgodnie z prawem Bernouliego przepływ gazu w rurze o zmniejszającej się średnicy rośnie. Jeśli więc wirnik wybudujemy w jej przewężeniu, w konsekwencji będzie on wirował szybciej – niż przy wietrze na zewnątrz. Jednak, aby uzyskać najlepszy efekt rura powinna być 5 do 7. razy dłuższa od wymiaru wirnika. Wydajność dyfuzora zwiększa dodatkowo zastosowanie szczelin w płaszczyźnie rury. Działające urządzenia tego typu osiągają 2–3 razy większą wydajność od tradycyjnych wirników.
Znaczenie ma też ustawienie wirników: kilku wiatraków parcując obok siebie (fermy) prawie zawsze powoduje zmniejszenie wydajności pojedynczych turbin, ze względu na zakłócanie przepływu strumieni powietrza. Najczęściej odległości między wiatrakami nie powinny być mniejsze niż pięć średnic wirnika, co daje straty około 10% w sile przepływu strumieni powietrza.
Teoria i praktyka
Teoretycznie obecnie projektowane turbiny mogą wykorzystać blisko 60% mocy wiatru. W praktyce prawie nigdy nie przekraczają 50%, a za dobre projekty uważa się już te o wydajności 35%. Powodem są tu zarówno rozwiązania konstrukcyjne turbiny, jak i warunki terenowe. Największe z wiatraków osiągają 130 m wysokości, z łopatami o długości 80 m.
Według Global Wind Energy Council na koniec 2005 r. największymi producentami energii z wiatru byli Niemcy 18 428 MW i Hiszpanie 10 027 MW. W całej Europie łączna moc zainstalowanych wiatraków wynosiła ponad 40 tys. MW, w Ameryce Północnej ok. 1 tys. MW, a w Azji ok. 0,5 tys. MW. Roczny przyrost mocy urządzeń pozyskujących energię z wiatru szacuje się na poziomie 20%. Największe inwestycje w tej dziedzinie podejmują Hiszpanie, Niemcy, Duńczycy i Wielka Brytania.
Dla porównania w Polsce w 2005 r. z energii wiatrowej uzyskiwane było ponad 83 MW. Po otwarciu kilku nowych inwestycji (m.in. w 2006 r. 25 wiatraków o mocy 50 MW w elektrowni w Tymieniu) liczba ta wzrosła do ponad 140 MW. I najprawdopodobniej będzie szybko wzrastać. Prawdziwy bum zaczyna się na pomorzu. Do marca 2006 r. wydano pozwolenia na instalację ponad 100 turbin, a ponad 400 czeka na dalszą akceptację. Największa ferma ma stanąć w okolicach Kobylnicy: około 50 wiatraków o mocy 90 MW. Inna duża instalacja (11 wiatraków o mocy 22 MW) ma powstać w okolicach Pucka w Gnieżdżewie. Wartość tej inwestycji to 100 mln zł (w tym 5,6 mln dotacji z EkoFonduszu), a realizuje ją spółka Dipol z o.o. zależna od Polish Energy Partners. Na ukończeniu jest załatwianie formalności dla dwóch firm Eolika i Enwood w sprawie postawienia ponad 30 wiatraków w gminie Wicko (okolice Słupska). Kolejna firma Energoist zabiega o budowę kolejnych 30 wiatraków na opuszczonym lotnisku wojskowym w Kopaniewie. Farmy po 20 wiatraków maja stanąć w Głuchowie (pow. Skierniewice) i w okolicach Bełchatowa. Już są gotowe plany budowy elektrowni w Trzebiatowie i Karnicu, rozważa się możliwości budowy w gminie Słupca, Strzałkowo, Kramsk, Grzegorzewo, Koło, Rzepin, Słubice i wielu innych. Tak duże zainteresowanie samorządów wynika przede wszystkim z podatków, które wynoszą rocznie 2% wartości inwestycji. Przy kosztach od kilkuset tysięcy do kilku milionów za maszt, daje to znaczący wpływ pieniędzy do gminy. Niestety – obniża opłacalność inwestycji, przez co inwestorzy wybierają gminy, w których uda im się wynegocjować obniżki podatkowe.
Według raportu Windforce 12 z czerwca 2005 r., Polska jest wymieniana jako jeden z możliwych liderów w produkcji energii wiatrowej. Mimo przeciętnych wartości, warunki nadające się na takie inwestycje występują niemal na całym terenie naszego kraju, sprzyjające na 30 % powierzchni, a szczególnie dobre na 5 %. Do 2010 r. zakłada się wybudowanie w naszym kraju farm o łącznej mocy 2000 MW (wartość ta to deficyt jaki Polska musi uzupełnić, aby w 2010 roku produkować 7,5 % energii ze źródeł odnawialnych).
Cały czas rozważa się postawienie elektrowni wiatrowych na morzu. Tym czasem Szwedzi na płyciźnie Kriegers Flak pomiędzy Szwecją, Niemcami i Danią planują postawić cały park elektrowni o mocy 500–650 MW (tyle, co elektrownia atomowa). Z uwagi na zastrzeżenia społeczne i ekologiczne prace poprzedzą dokładne badania i budowa ruszy w 2009 r., skończy się w 2010 r.
|
W skali mikro…
Generatory wiatrowe inaczej nazywane mikroelektrowniami wiatrowymi są to wszelkiego rodzaju urządzenie służące do przerabiania wiatru w prąd elektryczny. Popularnie nazwa ta przyjęła się do niewielkich urządzeń o rozpiętości łopatek od kilkunastu do kilkudziesięciu centymetrów. Ich ogólna zasada działania zmierza do wykorzystania najmniejszych podmuchów wiatru, aby przerobić go na prąd. Stosuje się je na jachtach, sygnalizatorach do ładowania akumulatorów. Mimo skromnych rozmiarów potrafią osiągnąć stosunkowo dużą moc. Przy wietrze 10m/s niektóre generatory przekraczają 100 wat mocy. Na Polskim rynku ich cena sięga od ponad 1 tys. do kilku tys. złotych (dane z 2005 r.). W sprzedaży pojawiły się także urządzenia o bardziej nowoczesnych kształtach śrub, ślimaków, żagli itd. Można je montować na dachach budynków czy ustawić w ogródku. Zestaw takich urządzeń pozwala na pełne zaopatrzenie w energię niewielkiego zakładu, czy sklepu (oczywiście, gdy są korzystne warunki wietrzne). Mogą one działać na niezależnej sieci w budynku (np. ogrzewania podłogowego, oświetlenia). Dobrze jest się wtedy zaopatrzyć w zestaw akumulatorów gromadzących prąd na okresy bezwietrzne. Jeśli mają współpracować z istniejącą siecią lub urządzeniami do niej przystosowanymi, mikroelektrownia dodatkowo musi być zaopatrzona w regulator napięcia i falownik dostosowujące prąd do ich wymagań (napięcie, częstotliwość).
Działający projekt budowy przydomowych generatorów w Wielkiej Brytanii jest wielce dyskusyjny. Mimo dotacji w wysokości 50% kosztów inwestycji, wielu użytkowników nie w pełni jest zadowolonych. W przeciętnym domu rachunki za prąd spadły o 1/4 – 1/3. Zwroty te są jednak bardzo sezonowe i często niższe od oczekiwań. Biorąc pod uwagę koszty założenia takiej instalacji i czas zwrotu, na razie uważana jest raczej za luksusową nowinkę techniczną. Według szacunków większość generatorów i turbin wiatrowych wykorzystuje tylko 25% ich czasu, resztę stoją bez ruchu. |
Dla małych elektrowni o mocy kilkunastu, kilkudziesięciu KW, całkowity koszt budowy z podłączeniem do sieci szacuje się na >> 100–150 tys. złotych (styczeń 2004 r.). Ilość uzyskanej energii z takiej instalacji pozwala na całkowity zwrot kosztów w przeciągu 4–5 lat (przy korzystnych warunkach wietrznych; przy niekorzystnych czas zwrotu może być nawet trzykrotnie dłuższy), włączając w to koszty eksploatacyjne. Żywotność urządzeń szacuje się na ok. 20 lat. Mogą one obsługiwać nieduże zakłady, osiedla mieszkaniowe lub domy wypoczynkowe. Najpopularniejszym i najtańszym rozwiązaniem w takim przypadku jest elektrownia pracująca w sieci energetycznej. W porównaniu do konstrukcji pracujących tylko na potrzeby inwestora ma ona dużo prostszą budowę i prostszy system podłączenia, gwarantujący nie tylko dużo niższe koszty, ale także dużo wyższą żywotność i bezawaryjność pracy. Poza tym dostarczanie energii do sieci i następnie pobieranie z niej uniezależnia nas od warunków wietrznych.
Specjaliści od sieci energetycznych zwracają uwagę na potrzebę rozbudowy, razem z rosnącym udziałem wiatru w wytwarzaniu prądu, wysokonapięciowych instalacji przesyłowych. Instalacje przesyłowe zaczynają działać na granicy swych możliwości, co może doprowadzić do przeciążeń i załamania się całej infrastruktury. Obecne systemy przesyłowe wysokonapięciowe w większości regionów Polski nie mogą przyjąć więcej jak kilkaset MW mocy. Dalej pozostaje tylko rozbudowa lub poważna modernizacja systemu.
Kapryśny wiaterek – pora na minusy
Największym mankamentem elektrowni wiatrowych jest kapryśność warunków wietrznych. Na przykład Niemcy w 2003 r. z powodu kilku bezwietrznych dni zmuszone były do zakupu wielu MW energii między innymi z polskich elektrowni. Nieprzewidywalność warunków wietrznych coraz częściej gromadzi nad tą formą energii odnawialnej ciemne chmury. Na terenie Niemiec znajduje się około 16 tys. Wiatraków, które powinny pokrywać około 15% zapotrzebowania na prąd; w rzeczywistości pozwalają pokryć około 3% zapotrzebowania (maj 2005 r.). a to dlatego, że wiatr nie zawsze wieje tam, gdzie i kiedy jest potrzebny, a wydajnego sposobu magazynowania energii brak. Jednym z pomysłów jest elektroliza wody na wodór i tlen. Proces drogi, ale w przypadku elektrowni wiatrowych daje możliwość magazynowania energii w okresach korzystnych warunków wietrznych. W warunkach niekorzystnych wodór można spalać na zwykłych turbinach jako paliwo. Próbne instalacje opracowane przez Norsk Hydro powstały w Norwegii na wyspie Utsira. Pomysł wydaje się zwłaszcza atrakcyjny dla terenów słabo zaludnionych. Jednak wykorzystanie ogniw paliwowych na razie jest bardzo drogie.
Kłopotliwy może okazać się hałas, który przy dużych wiatrakach niekiedy przekracza 100 dB. Jest to wartość mogąca doprowadzić do uszkodzenia słuchu. Końcówki 22 metrowego wiatraka przy 1 obrocie na sekundę osiągają 250 km/h. Jednak natężenie dźwięku szybko maleje z odległością, pozostaje za to… dokuczliwa monotonność powtarzającego się szumu. Szacunkowo 1 MW turbina daje hałas 45 dB w odległości 300 m. Rozwiązaniem jest stosowanie nowoczesnych urządzeń nisko szumowych, niestety także często dużo droższych.
Kontrowersyjny jest także wpływ elektrowni wiatrowych na ptactwo i nietoperze. Podczas gdy wiele organizacji ekologicznych uznaje je za „młynki do mielenia ptaków”, budowniczowie mówią, że prawdopodobieństwo zderzenia ptaka z śmigłami jest trzykrotnie mniejsze niż wpadnięcie na linie energetyczne. Ponieważ stawia się je w pobliżu odbiorców gwarantują one mniejszą liczbę przewodów w powietrzu. Jednak niefortunnie ustawione wiatraki mogą spowodować znaczne spustoszenie.
Niepokojąco wynikają także najnowsze dane ekonomiczne (2005 r.). W większości przypadków szacują koszty uzyskania prądu z wiatru na dwa-trzy razy wyższe (uzyskanie 1 MW wiąże się z inwestycją około 4-5 mln zł) od innych źródeł, a w przypadku instalacji na morzu jeszcze więcej. Średnio koszt uzyskania 1 MWh z wiatru (w 2006r.) szacuje się na 274 zł, podczas gdy średnia dla źródeł odnawialnych to 238 zł/MW, a z tradycyjnych źródeł 118 zł/MW. Wyniki raportów wskazują, że bez dotacji rządowych i obniżek podatku wiatr ma bardzo marne szanse na konkurowanie z innymi źródłami energii.
Na razie produkcja energii z wiatru zwiększa się o 20% rocznie, a w wielu krajach dużo szybciej (zwłaszcza w Unii Europejskiej). Prowadzi to do doskonalenia technologii (większej wydajności) i stopniowej redukcji kosztów inwestycji. Każde podwojenie ilości zainstalowanych turbin powoduje spadek kosztów 1 kW w granicach 9–17%. W ciągu 15 lat (od 1980 r.) koszty turbin w przeliczeniu na 1kW mocy zmalały o około 50%, a turbina to około 80% kosztów całej instalacji. Każda generacja turbin obniża koszty o około 3–5%. Inne kraje także zaczynają interesować się tą energią. Eksperci z Chiny zapowiadają wybudowanie do 2020r. instalacji o łącznej mocy 40GW (plany rządu Chin przewidują 20 GW) i tym samym przegonić Unię Europejską, która w 2004 r. produkowała ponad 70% energii z wiatru na świecie (Chiny w tym czasie produkowały 1,6%).
Według raportu z czerwca 2005r. Wind Force 12 (autoryzowanego przez GWEC – Global Wind Energy Council i Greenpeace) produkcja energii z wiatru w 2020 r. powinna osiągnąć 12% ogólnie produkowanej energii na świecie, przy założeniu, że światowa konsumpcja energii wzrośnie o 21%.
Artykuł Pawła Szabłowskiego
pochodzi ze strony:
www.energiaodnawialna.republika.pl
Redagował Maciej Stanisławski
Autor: TEKST: PAWEŁ SZABŁOWSKI
