Szanuj energie

NEWSLETTER

Jeśli chcesz otrzymywać informacje
wpisz swój adres email:

FORUM

Zapraszamy na nasze forum
na którym można dowiedzieć się
wielu interesujacych rzeczy

Wejdź
drukuj
19.01.2011 / Marcin Włodarski

Energia wiatru - informacje techniczne

Historia
Ludzkość zaprzęgała wiatr do pracy od setek lat. Misterne konstrukcje starych wiatraków zawierały w swoim wnętrzu nie tylko część mechaniczną, lecz także magazynową i socjalną. Tradycyjne wiatraki przetwarzały energię wiatru na energię mechaniczną, która wykorzystywana była na miejscu do napędzania mechanizmów młyna. Postęp cywilizacyjny i technologiczny, który przyniósł ze sobą elektryfikację i wywołał zapotrzebowanie na energię elektryczną, doprowadził do rozwoju energetycznych technologii wiatrowych, które stały się ważną dziedziną energetyki, gospodarki i biznesu.

Współczesny rozwój
Technologia wiatrowa jest jedną z najbardziej dojrzałych technologii energetycznych, ze względu na fakt, że była wykorzystywana i doskonalona praktycznie przez cały okres swojej długiej historii. Wraz z rozwojem elektryczności, w wielu miejscach na świecie, turbiny wiatrowe służyły głównie zasilaniu oświetlenia lub podstawowych urządzeń gospodarstwa domowego, w domostwach na terenach wiejskich. Rozwój dużych jednostek wytwórczych nabrał tempa w latach 70. XX wieku, szczególnie w obliczu kryzysu energetycznego, kiedy zaczęto poszukiwać rozwiązań alternatywnych wobec zasobów kopalnych.

Rodzaje turbin wiatrowych
Najbardziej powszechnymi rodzajami elektrowni wiatrowych są klasyczne turbiny o poziomej osi obrotu (ang. HAWT – Horizontal Axis Wind Turbine), w której wirnik złożony najczęściej z 3 łopat osadzony jest prostopadle do poziomej osi.
W rozwiązaniach o małej mocy nominalnej, coraz większą popularność zdobywają turbiny o poziomej osi obrotu, które według doswiadczeń z Europy Zachodniej i Stanów Zjednoczonych, charakteryzują się większą efektywnością przy niższych mocach oraz niższą emisją hałasu. Wśród turbin o pionowej osi obrotu najpopularniejszymi rozwiązaniami są:

  • turbina Darrieusa – zwana też „mikserem” ze względu na kształt przypominający mieszadło kuchennego miksera (dwa wygięte w łuk pałąki osadzone symetrycznie na pionowej osi). Popularną odmianą turbiny Darrieusa jest turbina typu H, której konstrukcja opiera się na 2-3, których powierzchnia ustawiona jest prostopadle lub równolegle do wektora prędkości wiatru. Łopaty mocowane są na rurkach skierowanych prostopadle do pionowej osi.
  • turbina Savoniusa, której przekrój poziomy przypomina literę „S”, na pionowej osi osadzone są 2-3 łopaty o falistym załamaniu pionowym. Różnica w oddziaływaniu wiatru na wklęsłą i wypukłą stronę łopat powoduje obrót wirnika.

Najczęściej spotykaną obecnie klasyfikacją turbin wiatrowych jest klasyfikacja oparta na mocy nominalnej, stąd też rozróżniamy:

  • Mikro elektrownie wiatrowe – ich moc nominalna nie przekracza 1 kW. Najczęściej stosowane są do zasilania obwodów wydzielonych, poprzez ładowanie akumulatorów.
  • Małe turbiny wiatrowe – moc nominalna wynosi od 1 do 100 kW. Mogą być wykorzystywane w układach umożliwiających zasilanie większej ilości urządzeń w wydzielonych obwodach, jak również generować energię sprzedawaną do sieci elektroenergetycznej.
  • Duże turbiny wiatrowe, których moc nominalna wynosi powyżej 100 kW. Turbiny takiej mocy wykorzystywane są przede wszystkim do produkcji energii odprowadzanej bezpośrednio do sieci elektroenergetycznej. Turbiny dużej mocy najczęściej pracują w większych zespołach turbin, zwanych farmami wiatrowymi. Moc największych turbin wiatrowych do wykorzystania na lądzie wynosi nawet do 3 MW.

                    Konstrukja turbiny wiatrowej (źródło: www.starkewind.pl)

Energetyka wiatrowa na lądzie

Najczęściej stosowane są w zespołach od kilku do kilkudziesięciu turbin (w zależności od dostępności terenu), w których moc pojedynczej turbiny może wynosić od 1,5 do 3 MW. Moc turbin wiatrowych dobierana jest adekwatnie do prędkości występujących lokalnie wiatrów. Stopień wykorzystania nominalnej mocy turbin, czyli stosunek czasu w ciągu roku, w którym turbina pracuje na pełnej mocy, do jej całkowitego czasu pracy w okresie roku zależna jest od częstotliwości występowania wiatrów. Z kolei prędkość wiatrów na lądzie uzależniona jest ukształtowania terenu oraz występowania w sąsiedztwie lasów lub wysokiej zabudowy, które ograniczają prędkość wiatrów.

Polska jest interesującym rynkiem dla inwestorów wiatrowych. Według szacunków Instytutu Energetyki Odnawialnej, potencjał ekonomiczny dla inwestycji wiatrowych szacowany jest na 82 GW. Oznacza to, że w naszym kraju istnieje możliwość budowy opłacalnych ekonomicznie farm wiatrowych, których całkowita moc zainstalowana mogłaby osiągnąć wspomnianą wartość. W rzeczywistości, biorąc pod uwagę zainteresowanie inwestorów oraz ograniczenia wynikające z możliwości przyłączenia turbin do sieci elektroenergetycznej (ze względu na jej zły stan techniczny), do roku 2020 moc zainstalowana turbin wiatrowych może osiągnąć poziom 11,5 GW.

Potencjał ekonomiczny odzwierciedla ilość wniosków o przyłączenie do sieci elektrowni wiatrowych, złożonych do polskiego operatora sieci elektroenergetycznych – PSE, które dotyczą przyłączenia nowych mocy o wartości 70 GW. Szacunki przeprowadzone przez Instytut Energetyki Odnawialnej przewidują, że w rzeczywistości zainstalowanych zostanie nie więcej niż 10% zakładanych mocy.
Według danych Urzędu Regulacji Energetyki, w 2010 roku, moc zainstalowana turbin wiatrowych wyniosła 1004,8 MW (1,004 GW). Poniższy wykres prezentuje rozkład mocy zainstalowanej w poszczególnych województwach.


Energetyka wiatrowa na morzu (offshore)

Energetyka wiatrowa na morzu jest dość młodą i obiecującą dziedziną energetyki. Inaczej niż w przypadku turbin wiatrowych na lądzie, na morzu nie występują obiekty mogące warunki wiatrowe, stąd też wykorzystanie ich energii na obszarach morskich jest wiele bardziej efektywnie aniżeli na lądzie. Koszt budowy elektrowni wiatrowych na morzu jest o wiele wyższy aniżeli turbin wiatrowych na lądzie, jednak korzyści ekonomiczne wynikające z produkcji i sprzedaży energii, w perspektywie czasowej, przewyższają nakłady inwestycyjne. W inwestycjach w morskie farmy wiatrowe, poza kosztami zakupu turbin wiatrowych, istotną część nakładów stanowią koszty związane z instalacją okablowania do przesyłu energii oraz koszty instalacji, które wymagają użycia specjalistycznych pływających dźwigów oraz okrętów wspomagających układanie okablowania.

Pod względem technologicznym, morskie turbiny wiatrowe znajdują się wciąż w fazie rozwoju. Najczęściej stosowanym obecnie rozwiązaniem są turbiny o tradycyjnej konstrukcji, których moc nominalna wynosi nawet 6 MW. Prowadzone obecnie prace badawczo-rozwojowe dotyczą również turbin o mocy nominalnej 10 MW. Poniższa ilustracja prezentuje rodzaje fundamentów stosowanych w morskich turbinach wiatrowych, w zależności od głębokości dna morskiego.

Działania na rzecz rozwoju technologii obejmują badania istniejących rozwiązań, których zastosowanie na lądzie okazało się nieefektywne, natomiast mogą sprawdzić się w warunkach morskich. Rozwiązania te uwzględniają np. turbiny dwułopatowe lub jednołopatowe. Z technicznego punktu widzenia, materiały konstrukcyjne oraz sama konstrukcja morskiej turbiny wiatrowej, muszą być przystosowane do wieloletniej pracy w ekstremalnych warunkach, wynikających z oddziaływania słonej morskiej wody.

Rys. 1 Rodzaje fundamentów w zależności od głębokości dna morskiego

  (Źródło: National Renewable Energy Laboratory - NREL)

Obecnie, na polskich wodach terytorialnych, nie ma możliwości realizacji projektów morskich farm wiatrowych. Sytuacja ta wynika z obecnego kształtu ustawy o obszarach morskich Rzeczpospolitej Polskiej i administracji morskiej, która – tworzona na potrzeby przemysłu wydobywczego - nie uwzględnia wymogów istotnych dla projektów morskich farm wiatrowych. Zgodnie z ustawą, morska turbina wiatrowa traktowana jest jako „sztuczna wyspa”, natomiast inwestor, aby uzyskać pozwolenie na jej lokalizację powinien wpłacić 1% spodziewanej wartości przedsięwzięcia. Problem dotyczy również ograniczeń czasowych, w ramach których możliwa jest eksploatacja urządzeń technicznych przytwierdzonych do dna morskiego. Ustawa o obszarach morskich dopuszcza ich eksploatację przez okres 5 lat, podczas gdy okres eksploatacji morskiej farmy wiatrowej wynosi 20 lat. Trwające obecnie prace nowelizacyjne, nad ustawą powinny umożliwić realizację inwestycji farm na obszarach morskich.

Istotnym aspektem funkcjonowania morskich elektrowni wiatrowych jest system sieci przesyłowych energii elektrycznej. W celu wsparcia rozwoju morskiej energetyki wiatrowej przygotowana została koncepcja Systemu Polskich Sieci Morskich umożliwiających przesył wygenerowanej energii jak również wykonanie przyłączy umożliwiających wprowadzenie jej do krajowego systemu elektroenergetycznego. farm wiatrowych, które powstaną na polskich wodach terytorialnych, do lądowej sieci energetycznej Polski oraz krajów sąsiadujących. Konsorcjum zostało powołane przez krajowe przedsiębiorstwa zainteresowane budową elektrowni wiatrowych na morzu oraz sieci przesyłowych. Projekt wspierany jest przez publiczne i prywatne instytucje badawcze z dziedzin gospodarki morskiej i energetyki odnawialnej. W ramach koncepcji sformułowane zostały koncepcje działań o charakterze naukowo-badawczym oraz wdrożeniowym, jak również sugestie dla Rządu RP, na temat działań legislacyjnych, które umożliwią budowę morskiej infrastruktury energetycznej.

Analizy przeprowadzone przez konsorcjum Polskich Sieci Morskich wskazują na możliwość realizacji, na Polskim Obszarze Morskim, farm wiatrowych o całkowitej mocy 5 000 MW, których zdolności wytwórcze sięgnęłyby 20 TWh. Przewidywana perspektywa realizacji to 2050 rok. Wyznaczając obszary potencjalnych realizacji morskich farm wiatrowych wyłączono obszary wchodzące w obszar sieci korytarzy ekologicznych NATURA2000. Uwzględniono również kwestie widoczności morskich turbin z linii brzegowej w celu możliwie największego zredukowania wpływu turbin na krajobraz.

Obecnie liderem w obszarze budowy farm wiatrowych na morzu jest Wielka Brytania, której polityka zakłada budowę farm o łącznej mocy 33 GW. Najwięcej prac nad uruchomieniem morskich farm wiatrowych prowadzonych jest na obszarze Morza Północnego. Na Morzu Bałtyckim funkcjonuje obecnie 8 farm wiatrowych o łącznej mocy 368 MW, zlokalizowanych blisko wybrzeży Danii, Szwecji i Finlandii. Prowadzone są również zaawansowane prace nad uruchomieniem kolejnych farm, o łącznej mocy 400 MW, u wybrzeży Niemiec i Danii. Do roku 2011 planowane jest również zakończenie budowy 3 morskich farm o mocy 600 MW.
Prognozy European Wind Energy Association mówią o 3500 MW morskich farm wiatrowych na wodach europejskich w 2010 roku, natomiast na rok 2020 prognozowany stan ma wynieść 35 000 MW.

Rozwój morskich farm wiatrowych stanowi istotny element działań Unii Europejskiej jak i poszczególnych krajów członkowskich w zakresie rozwoju energetyki odnawialnej. Energetyka wiatrowa na morzu wymieniana jest jako istotny element w następujących dokumentach strategicznych Unii Europejskiej:

  • Strategic Energy Technology Plan (SET-Plan) z listopada 2007, wskazujący rozwój wielkoskalowych technologii turbin i farm wiatrowych oraz rozwój inteligentnych sieci elektroenergetycznych w celu sprawniejszej integracji z siecią.
  • Second Strategic Energy Review, z listopada 2008 r., wskazujący na konieczność budowy północnomorskiej sieci przesyłowej jako jeden z 6 priorytetów.
  • Blueprint fr a North Sea offshore grid.

W Polsce, poważne plany dotyczące budowy morskich farm wiatrowych przygotowywane są przez Polską Grupę Energetyczną, która zamierza wybudować na Polskim Obszarze Morskim farmę o mocy 500 MW.

Poniższe ilustracje prezentują proponowane strefy lokalizacji morskich turbin wiatrowych oraz przebieg przyłączy morskich farm wiatrowych, przyłączy morsko-lądowych oraz propozycji przebiegu Polskich Sieci Morskich.


(Źródło: Polskie Sieci Morskie)


(Źródło: Polskie Sieci Morskie)

< powrót
pn wt śr cz pt so nd
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930

Budowa serwisu dofinansowana przez Wojewódzki Fundusz Ochrony
Środowiska i Gospodarki Wodnej w Warszawie
www.wfosigw.pl

2010-2011 Szanuj-Energie.pl

StudioGraficzne.com: Projektowanie stron internetowych