Energia wiatru - Dorośli

Energetyka wiatrowa w Europie - stan obecny i perspektywy rozwoju.


Spośród wszystkich źródeł energii odnawialnej w Europie najprężniej rozwija się energetyka wiatrowa. Według danych EWEA ( Europejskiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej) przyrost nowych mocy w sektorze energetyki wiatrowej jest większy niż w jakiejkolwiek innej technologii wytwarzania energii elektrycznej.

Prym wiodą kraje takie jak Hiszpania, Niemcy, Włochy, Francja i Wielka Brytania. W 2009 roku Hiszpanie zainstalowali najwięcej mocy, a energetyka wiatrowa w tym kraju już w  2007 roku wyprzedziła hydroenergetykę, zajmując tym samym czwarte miejsce za energetyką: węglową (25%), gazową (24%) i nuklearną (20%). Ciekawostką jest, że Włochy, które posiadają jedne z gorszych warunków wiatrowych zajmują wysokie miejsce w produkcji energii elektrycznej z farm wiatrowych. Już w 2007 roku suma zainstalowanych mocy osiągnęła około 2,8 GW.

 

Aktualnie głównym kierunkiem rozwoju energetyki wiatrowej w Unii Europejskiej są  morskie farmy wiatrowe ( offshore). Na Morzu Północnym powstało już wiele takich inwestycji, na Bałtyku kilka farm wiatrowych istnieje u wybrzeży Dani, Finlandii i Szwecji. Również w Polsce po raz pierwszy pojawiły się  koncepcje budowy morskich farm  wiatrowych.  Być może w 2020 roku pojawią się turbiny na morzu w okolicy Ławicy Słupskiej. Zaletą budowy morskich farm wiatrowych jest nieograniczona powierzchnia. Ponadto wiatr na morzu wieje mocniej, a więc możliwe jest uzyskanie wyższych mocy przy niższej wysokości wieży niż na lądzie. Póki co turbiny stawiane są w strefie przybrzeżnej, ale już  pojawiają się plany inwestycji z dala od lądu, na otwartym morzu ( tzw. far deep offshore)



Morska farma wiatrowa Thanet, UK, składająca się ze 100 turbin o łącznej mocy 300 MW ukończona w II połowie 2010

Energia wiatru- historyczne wykorzystanie na świecie
Energia wiatru była przez człowieka wykorzystywana od najdawniejszych czasów. Istnieją wzmianki, że już przed naszą erą wiatraki były używane do pompowania wody czy mielenia ziarna.
Najstarszy typ wiatraka występujący w Europie to koźlak ( ich pojawienie datuje się na XII wiek). Cechą charakterystyczną wiatraka kozłowego jest to, że cały budynek wiatraka wraz ze skrzydłami był obracalny wokół pionowego, drewnianego słupa. Z tylnej (przeciwnej skrzydłom) ściany wiatraka wystawał specjalny dyszel współpracujący z kołowrotem, za pomocą którego następowało nastawianie budynku skrzydłami do kierunku wiatru. Koźlaki dotrwały bez zmian konstrukcyjnych do XX wieku i stanowiły najliczniejszą grupę wiatraków. W wieku XVII zostaje wprowadzony w Europie nowy typ wiatraka tzw. wiatrak holenderski. Typ ten charakteryzował się nieruchomym, masywnym korpusem (zwykle murowanym, na planie koła lub wieloboku). Obracalna była tylko bryła dachu wraz ze śmigłami. Pozwalało to na ustawianie powierzchni skrzydeł prostopadle do kierunku wiatru.

 


Wiatrak kozłowy źródło wikipedia.org


Wiatrak holenderski źródło wikipedia.org

Początki wykorzystania wiatru do produkcji prądu datuje się na koniec XIX wieku.

Turbina skonstruowana przez Charles Francis Brush. Pierwsza turbina wiatrowa generująca energie elektryczną


W 1888 amerykański naukowiec i biznesmen, Charles F. Brush jako pierwszy wykorzystał energię wiatru do  produkcji energii elektrycznej. Zbudowana przez niego turbina składała się z wirnika o średnicy 17m oraz ze 144 drewnianych łopat. Turbina służyła do ładowania akumulatorów. Moc tej siłowni wiatrowej nie była imponująca- jedyne 12 kW. Dopiero kilka lat później Duńczyk Poul la Cour odkrył, że znacznie wydajniejsze dla generatorów elektrycznych są wirniki o kilku łopatach. Do 1940 roku Dania miała ponad 1300 działających generatorów wiatrowych. W tym samym okresie w USA zbudowano około 6 milionów takich generatorów. Turbiny wiatrowe były dla mieszkańców wsi w tamtych czasach jedynym dostępnym źródłem elektryczności. Również w USA powstała pierwsza na świecie duża elektrownia wiatrowa. Swoją moc nominalną 1,25 MW osiągała przy prędkości 13 m/s, niestety w ciągu kilku lat uległa uszkodzeniu. Pierwsze elektrownie wiatrowe były niedopracowane, jeśli chodzi o konstrukcje i technologię (szczególnie jeśli chodzi o dynamikę turbiny i technologię łopat).

 

Turbina wiatrowa Johannes-a Juul-a źródło Electricyty Museum

Obecnie na świecie energię wiatru do produkcji energii elektrycznej stosuje się już w co najmniej 80 krajach. Elektrownie wiatrowe w 2007 r. pozwalały generować 200 TWh, co odpowiadało 1,3% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną - w niektórych krajach udział energii wytwarzanej przez wiatraki przekraczał już wówczas nawet 40%. Tabela 1 przedstawia dynamiczny wzrost zainstalowanej mocy w elektrowniach wiatrowych w wybranych państwach na świecie. W Stanach Zjednoczonych nastąpił ponad trzyipółkrotny wzrost, w Polsce ponad dziewięciokrotny. Fakt ten pokazuje jak dynamicznie rozwija się ta dziedzina energetyki odnawialnej w naszym kraju. Pomimo tego ciągle ilość zainstalowanej mocy jest niewielka.

Tabela 1 Wzrost zainstalowanej mocy w wybranych państwach

Kraj 2005 2006 2007 2008 2009
Stany zjednoczone 9 149 11 603 16 819 25 170 35 159
Niemcy 18 428 20 622 22 247 23 903 25 777
Chiny 1 266 2 599 5 912 12 210 25 104
Hiszpania 10 028 11 630 15 145 16 740 19 149
Indie 4 430 6 270 7 850 9 587 10 925
Włochy 1 718 2 123 2 726 3 537 4 850
Francja 779 1 589 2 477 3 288 4 070
Wielka Brytania 1 353 1 963 2 389 3 288 4 070
Portugalia 1 022 1 716 2 130 2 862 3 535
Dania 3 132 3 140 3 129 3 164 3 465
Polska 83 153 276 472 725
Świat razem 59 024 74 151 93 927 121 188 157 899

 

 

 

 

 

 

 

 

Energia wiatru- historyczne wykorzystanie i stan obecny w Polsce
W Polsce pierwsze wiatraki zwane koźlakami powstały w Wielkopolsce i na Kujawach już w pierwszej połowie XIV wieku. Powszechne ich zastosowanie przypadło jednak na wiek XV. Wiatraki holenderskie od XVIII wieku pojawiały się w głównie w zachodnich i północnych częściach Polski. W roku 1942 ilość pracujących wiatraków w Polsce szacowano na przeszło 6000 sztuk.

Pierwsza turbina produkująca energię elektryczną stanęła w 1991 roku w Lisewie na Pomorzu. Było to urządzenie firmy Nordtank o wysokości 30 m i mocy 150 kW. Inwestycja ta została zrealizowana w ramach współpracy pobliskiej elektrowni w Żarnowcu z firmami duńskimi. W kolejnych latach pojawiały się następne pojedyncze inwestycje i to nie tylko na Pomorzu. W 1994 roku stanęła turbina wiatrowa o mocy 160 kW w Rytrze, a rok później taka sama w Zawoi. Początkowo elektrownie składały się z 1-2 turbin, a moc rzadko przekraczała 200 kW. Dopiero w 1997 roku w pomorskiej miejscowości Swarzewo powstała elektrownia, składająca się z dwóch turbin o łącznej mocy przekraczającej 1 MW. Pierwsza mała farma wiatrowa rozpoczęła pracę w 1999 roku w Cisewie. Tworzyło ją 5 turbin, jednak łączna moc wynosiła jedynie 650 kW. Dwa lata później w Barzowicach powstała pierwsza duża farma wiatrowa o mocy przekraczającej 5 MW. Elektrownię tworzyło 6 turbin firmy Vestas, o wysokości 86 m i mocy 850 kW każda. Po roku 2000 rozwój elektrowni wiatrowych następował bardzo dynamicznie, by na przestrzeni 10 lat, przekroczyć pułap 1 GW zainstalowanej mocy. Niemały wpływ miała na to zmiana przepisów i obowiązek zakupu „zielonej energii”

Szacuje się, że obecnie w Polsce prąd wytwarza około 350 elektrowni ( pojedynczych turbin lub farm wiatrowych) Pod względem zainstalowanej mocy przoduje województwo zachodniopomorskie. Kolejne województwa to: wielkopolskie, kujawsko -pomorskie i pomorskie. Elektrownie wiatrowe są sprawą marginalną na południu Polski ( poniżej 1 MW), wyjątek stanowi województwo Podkarpackie, w którym sama zainstalowanych mocy to prawie 27 MW

Wśród największych farm wiatrowych należy wymienić:

  • Margonin ( wielkopolskie) – 120 MW
  • Tymień ( zachodniopomorskie) – 50 MW
  • Kisielice ( warmińsko-mazurskie) – 40,5 MW
  • Jagniątkowo (zachodniopomorskie) – 30,6 MW
  • Zagórze (zachodniopomorskie) – 30 MW
  • Kamieńsk ( łódzkie) – 30 MW
  • Puck ( pomorskie) – 20 MW
  • Cisewo (zachodniopomorskie) – 18 MW
  • Lisewo ( pomorskie) – 10 MW
  • Barzowice ( zachodniopomorskie)  – 5 MW

 

Opracowanie PSEW na podstawie danych URE. Rozmieszczenie mocy w energetyce wiatrowej w
poszczególnych województwach Polski. Stan na 31.06.2010


Zasoby wiatru
Zróżnicowane rozmieszczenia farm wiatrowych w poszczególnych województwach nie jest przypadkowe. Elektrownie wiatrowe powstają tam gdzie są sprzyjające warunki wiatrowe.
Jeśli chodzi o zasoby wiatru, Polska została podzielona na 5 stref. Najbardziej korzystne tereny to oczywiście pas wybrzeża oraz Suwalszczyzna. Korzystne warunki do budowy farm wiatrowych to także Wielkopolska i część Mazowsza oraz lokalnie Beskid Sądecki, Żywiecki, Bieszczady i Pogórze Dynowskie.




Mapa Polski z podziałem na strefy w zależności od zasobów wiatrowych.


Technologie pozyskiwania energii wiatru

Turbiny wiatrowe dużej mocy

Duże elektrownie wiatrowe to urządzenia wytwarzające moc od 100kW, do 2,5 MW (a obecnie i więcej). Elektrownie wiatrowe skupia się na ogół w tzw. farmach wiatrowych, zlokalizowanych w miejscu o bardzo dużych zasobach wiatru. W Polsce tego typu farmy wiatrowe znajdują się główne na północy kraju. Budowa dużych elektrowni wiatrowych ze względu na wysokie koszty inwestycyjne wymaga kilkuletniego okresu przygotowań, podczas którego niezbędne jest wykonanie przynajmniej dwunastomiesięcznych, profesjonalnych badań wiatru w danej lokalizacji.
Fundament wykonywany jest z żelbetu a jego wymiary dobrane są do warunków geologicznych danego terenu. Fundament posiada instalację odgromową. W przypadku farm morskich stosuje się fundamenty betonowe lub stalowe, które wypełnia się żwirem dla osiągnięcia balastu. Wieża obecnie budowana jest zawsze jako rurowa ( zbudowana z segmentów). Ze względów zarówno aerodynamicznych, jak i łatwości konserwacji (nie wspominając już o estetyce) zrezygnowano z wież kratownicowych, mimo że były tańsze. Współczesne wieże nie wymagają stosowania odciągów i ziemia wokół nich jest pełnowartościowym terenem rolniczym. Wysokość wieży to zazwyczaj kilkadziesiąt metrów, a coraz częściej dochodzi do 100 metrów.

Budowa turbiny wiatrowej



Najważniejszym elementem elektrowni wiatrowej jest wirnik ( najczęściej 3 -łopatowy). W nim dokonuje się zamiana energii wiatru na energię mechaniczną. Osadzony jest on na wale napędzającym, poprzez skrzynię przekładniową, generator. Gondola wykonana jest z tworzywa lub stali, a wzmacniana włóknem szklanym. Aby ustawienie pod wiatr było możliwe, gondola obraca się o 360 stopni. W związku z tym na szczycie wieży zainstalowany jest silnik, który poprzez przekładnię zębatą może obracać gondolę.
Wewnątrz gondoli umiejscowione są takie elementy jak generator, skrzynia przekładniowa, wyłączniki serwisowe, układy odgromowe i hamowania oraz transformator. Wirnik obraca się z prędkością kilkuset, a nawet tysiąc razy mniejszą niż prędkość generatora produkującego prąd. Aby zwiększyć prędkość obrotową stosuje się skrzynie przekładniową.
Istnieją także turbiny bezprzekładniowe oparte na wolnoobrotowym generatorze synchronicznym. Małe obroty i brak przekładni powoduje znaczne uproszczenie konstrukcji, zmniejszenie zużycia materiałów i generowanego hałasu. Zmienne obroty zwiększają sprawność elektrowni i jej wydajność energetyczną. Wadą tego rozwiązania jest generowana energia elektryczna  o innych parametrach, niż parametry sieci.
Turbiny bezprzekładniowe można łatwo rozpoznać po skróconej, jajowatej gondoli z wyraźnie zaznaczoną tarczą pierścienia generatora.


Po lewej turbina przekładniowa, po  prawej bezprzekładniowa (źródła: www.wikimedia.org, www.treehugger.com)


Małe elektrownie wiatrowe

Małe turbiny wiatrowe to urządzenia wytwarzające moc poniżej 100kW. Produkują energię elektryczną już przy wietrze 2 m/s Wiatraki takie wytwarzają  prąd na użytek własny inwestora, najczęściej zasilając oświetlenie szklarni, domków letniskowych, budynków gospodarczych.
Rozwój małej energetyki wiatrowej ma przed sobą spore perspektywy. Inwestycja w małe turbiny wiatrowe jest łatwiejsza, zarówno ze względów finansowych jak i prawnych. W wielu przypadkach nie jest nawet wymagane pozwolenie na budowę. Maszty z odciągami traktowane są jakie konstrukcje lekkie i w takim przypadku wystarczy jedynie zgłoszenie do właściwego urzędu. Różne statystyki pokazują dynamiczny wzrost sprzedaży małych turbin wiatrowych w ciągu ostatnich lat na całym świecie. W samych Stanach Zjednoczonych (według American Wind Energy Association) potencjał instalacji tego typu jednostek wynosi już dziesiątki gigawatów.
Małe elektrownie zyskały popularnością w gospodarstwach domowych, zwłaszcza w terenach oddalonych od aglomeracji, gdzie często zdarzają się braki w dostawie prądu z sieci. Turbiny mogą być stosowane przy mniej korzystnych zasobach wiatrowych wszędzie tam, gdzie wymagana jest produkcja niewielkich ilości energii elektrycznej. Poza gospodarstwami domowymi stosuje się je również na łódkach, jachtach, w schroniskach górskich, lub do podświetlania tablic informacyjnych. Zainteresowanie małymi elektrowniami wiatrowymi wykazują również operatorzy GSM (turbiny wiatrowe zasilające stację telefonii komórkowej są bardziej efektywne niż fotowoltaika, szczególnie na dalekiej północy, gdzie jest mało światła).
Bardzo często turbiny wiatrowe są sprzęgane w systemy hybrydowe, np. z panelem fotowoltaicznym. Ma to swoje uzasadnienie. W dni pochmurne i wietrzne, gdy słońca jest mało, pracuje turbina. I odwrotnie w dni  słoneczne zazwyczaj nie ma wiatru, wówczas energia jest produkowana w pełni przez moduły fotowoltaiczne.


Pozioma i pionowa oś obrotu

 

Małe elektrownie wiatrowe spotykane są w dwóch wariantach- o osi pionowej lub poziomej. Turbiny o osi poziomej (ang. Horizontal Axis Wind Turbines) charakteryzują się większą sprawnością i są częściej spotykane niż o osi pionowej (Vertical Axis Wind Turbines) Zaletą VAWT jest natomiast praca niezależna od kierunku wiatru.

Typy małych elektrowni wiatrowych


Aspekty prawne związane z energetyką wiatrową

Milowym krokiem w rozwoju energetyki odnawialnej w krajach Europy była Dyrektywa 2001/77/WE w sprawie wspierania produkcji na rynku wewnętrznym energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. Dokument ten wskazywał główne kierunki, dając dużą dowolność  w realizacji założeń. Polska jako członek Wspólnoty Europejskiej dostosowuje swoją politykę w zakresie odnawialnych źródeł energii do polityki UE. Od 2009 roku obowiązuje nas Dyrektywa 2009/28/ WE Parlamentu Europejskiego w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych. Zgodnie z tą dyrektywą państwa zobowiązują się ograniczyć emisję gazów cieplarnianych, oraz zwiększać procentowy udział wykorzystania czystej energii w ogólnym bilansie energetycznym. Obecnie odnawialne źródła stanowią 8,5% zużycia energii w krajach Wspólnoty, do roku 2020 procentowy udział powinien wzrosnąć średnio do 20%. Wysoka poprzeczka stoi przed państwami Europy Północnej, Finlandia, Szwecja, Łotwa chcą zwiększyć wykorzystanie energetyki odnawialnej nawet do przeszło 40 %. Polska zobowiązana jest osiągnąć pułap 15% ( Obecnie jest to ok 8%) Kluczową rolę odgrywać będzie właśnie energetyka wiatrowa, która wyprzedza inne odnawialne źródła energii.
Państwa, które nie wywiążą się z zakładanego pułapu, będą zmuszone zakupić zielone certyfikaty od innych państw, które mają nadwyżkę.
W 2005 roku zostało znowelizowane prawo energetyczne. Zgodnie z nowym zapisem dostawca energii elektrycznej ma obowiązek zakupu energii wytworzonej w OŹE ( z urządzeń znajdujących się w obszarze działalności sprzedawcy) Fakt, że energia pochodzi ze źródeł odnawialny potwierdza tzw. Świadectwo Pochodzenia. Dokument ten jest wydawany przez Urząd Regulacji Energetyki na wniosek wytwórcy energii.
Aby sprzedawać energię elektryczną do sieci wytwórca jest zobowiązany uzyskać koncesję. Nie dotyczy to jedynie właścicieli małych elektrowni, wytwarzających prąd na własny użytek.
W Polsce elektrownie wiatrowe przyłączane są najczęściej do sieci średniego lub wysokiego napięcia. Przyłączenie elektrowni wiatrowej do Krajowego Systemu Energetycznego regulują następujące akty prawne: Prawo energetyczne, Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 20 grudnia 2004 r. (DzU z 2004 r. nr 2, poz. 6), Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Systemu Przesyłowego (IRiESP) oraz Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Systemu Dystrybucyjnego (IRiESD).

Zalety i wady farm wiatrowych
Budowa elektrowni wiatrowych ma swoich zwolenników i przeciwników, jedni wymieniają zalety, drudzy wady farm wiatrowych.
Zalety to:

  • wiatr to energia odnawialna, nigdy się nie wyczerpie, w przeciwieństwa np. do węgla, gazu,
  • jest to czysta energia. Do atmosfery nie dostają się żadne szkodliwe gazy,
  • wiatr jest za darmo i zawsze będzie za darmo,
  • kręcące się wiatraki nie szpecą krajobrazu tak jak dymiące kominy,
  • możliwość zastosowania małych turbin wirowych i produkcji prądu w terenach gdzie prąd sieciowy nie dociera.


Wady energetyki wiatrowej:

  • wiatr jest zmienny. Nie można dokładnie przewidzieć  z jaką siłą będzie wiał,
  • farmy wiatrowe zajmują dużo miejsca, potrzebują terenów niezamieszkałych i odległych od miast,
  • nie w każdym miejscu kraju są takie same warunki dla budowy elektrowni wiatrowych. W wielu miejscach wiatr jest za słaby,
  • duże skupiska wiatraków zagrażają przelatującym ptakom.


Przeciwnicy energetyki wiatrowej, uważają, że turbiny są źródłem hałasu. Rzeczywiście w bliskiej odległości praca wiatraka może być uciążliwa. Jednak farmy wiatrowej buduje się zawsze w rozsądnej odległości od zabudowań, aby hałas nie był szkodliwy dla mieszkańców.




Hałas powodowany przez różne źródła dźwięku

 

Loga patronów

Projekt biogazownie

biogazownie korzyści czy zagrożenia

Kalkulatory

Gry Edukacyjne

Sponsorzy

Sondy

Co sądzisz o projekcie?
 

Odwiedziło Nas

osób