Energia wiatru - energia wiatrowa
Pixabay / @ herbert2512 / CC0

Energia wiatru – energia wiatrowa

Stare wiatraki malownicza ozdoba krajobrazu Holandii, a także i naszego kraju to dowód, że człowiek już dawno umiał wykorzystać siły natury, nie szkodząc jej i nie niszcząc.

Wiatr powstaje na skutek różnicy ciśnień atmosferycznych. Elektrownie wiatrowe zmieniają energię kinetyczną wiatru w energię elektryczną. Turbiny wiatrowe nie powodują emisji do atmosfery szkodliwych zanieczyszczeń, jednak mają negatywne skutki: mogą stanowić barierę dla nietoperzy, migrujących ptaków, są źródłem hałasu oraz jako element obcy w krajobrazie kulturowym mogą wpływać na zmniejszenie atrakcyjności terenu (np. turystycznej).

Aktualnie jest to jedna z najbardziej powszechnych metod produkcji prądu, który zapewnia też największą wydajność, co przekłada się na niską cenę produkcji 1 kWh energii. Niestety wiatraki zajmują sporo miejsca, więc poszukiwane są inne sposoby wykorzystania silnego wiatru, które nie będą zabierać tyle przestrzeni.

Energia wiatrowa – podstawowe informacje

Turbiny wiatrowe czyli wirująca energia

Nowoczesne wiatraki (turbiny wiatrowe) składają się z masztu, silnika rotorowego, piasty i łopat (śmigieł). Instalacje elektryczne znajdują się na górze turbiny. Generator produkuje elektryczność, multiplikator, pozwala zwiększyć albo zredukować szybkość śmigła i układ hamowania wirnika. Wyłożone pod ziemią kable łączą wiatrak z siecią energetyczną. Wiatr na dużej wysokości jest mocniejszy, dlatego też nowoczesne turbiny wiatrowe mają wysokie maszty mierzące od 50-150 metrów.

Poruszane siłą wiatru śmigła mogące osiągnąć prędkość 30 obrotów/m, zwiększoną potem przez przekładnię ponad 5o razy, uruchamiają generator elektryczny.

Jak działa turbina wiatrowa
Pixabay / @ ID 127071 / CC0

Jak działa turbina wiatrowa

Turbina wiatrowa ma dwa lub trzy łopaty wirnika zamontowane na osi. Kiedy wpada w nie wiatr zaczyna obracać osią, która z kolei wprawia w ruch generator wytwarzający energie elektryczną.

Wiatraki zaczynają działać gdy wiatr wieje z szybkością 10-15 km/h. Jeżeli wiatr wiej za mocno, jego prędkość przekroczy próg 90 km/h turbina automatycznie się wyłącza, żeby zapobiec uszkodzeniu łopat. Po zatrzymaniu turbina wiatrowa może wytrzymać godzinę przy wietrze wiejącym 180 km/h.

Turbiny wiatrowe mogą przesyłać energię do sieci krajowej albo zaopatrywać w energię elektryczną poszczególne budynki.

Bahrain World Trade Centre ma własne turbiny wiatrowe zamontowane w prześwicie pomiędzy dwoma skrzydłami budynku, które mają kształt żagli, dziek czemu chwytają wiatr na potrzeby turbin zawieszonych miedzy nimi.

Miejsca montażu turbin wiatrowych

Turbiny wiatrowe są instalowane w miejscach gdzie wiatr jest silny i wieje nieustannie. Szczególnie ich montaż jest opłacalny na nizinach i wybrzeżach, oraz pełnym morzu. Tam wiatr wiej regularnie i wiatraki mogą produkować energię niemal bez przerwy. Jednak instalacje te są droższe, ponieważ muszą wytrzymać uderzenia fal, niszczące działanie soli morskiej i musza być połączone z podmorską instalacją elektryczną.

Pixabay / @ PTNorbert / CC0

Farmy wiatrowe

Farma wiatrowa to grupa turbin zlokalizowanych na tym samym obszarze. Największa obecnie farma wiatrowa na świcie to kompleks Gansu Wind Farm w Chinach.

Morskie farmy wiatrowe

Pierwsze morskie farmy wiatrowe powstały w 2008 roku, a pionierem budowy takich konstrukcji była Wielka Brytania.  Morskie farmy wiatrowe zaczęto budować m.in. dlatego, że nadmorskie wiatry są silniejsze i bardziej przewidywalne od lądowych. Takie farmy generują też więcej prądu, stosuje się tam bowiem większe i mocniejsze wiatraki (zazwyczaj 5-7 megawatów wobec 2-2,5 MW w lądowych).

Inne rozwiązania

Nie wszystkie turbiny wiatrowe wyglądają jak wiatraki. Wiatraki wyposażone w długie śmigła, zamontowane tak że obracają się w osi pionowej, a nie poziomej świetnie sprawdzają się na obszarach o ograniczonej powierzchni.

Wady instalacji wiatrowych

Turbiny wiatrowe nie zanieczyszczają ani powietrza, wody, gleby i nie produkują odpadków. Niektórzy jednak zarzucają im psucie krajobrazu i argumentują że są hałaśliwe. Poziom emitowanego dźwięku wydawanego przez uruchomiony wiatrak jest taki sam jak hałas w pokoju z otwartym oknem na ulicę. Turbiny wiatrowe mogą także zakłócać odbiór radia i telewizji.

Są również niebezpieczne dla ptaków, które giną przez ich śmigła. Żeby ograniczyć takie wypadki wiatraków nie stawia się na trasach wędrówki ptaków migrujących.

Kiedy przestaje wiać trzeba sięgnąć po inne źródła energii, żeby zasilić sieć elektryczną. Rozwiązaniem tego problemu jest magazynowanie nadmiaru energii, żeby wykorzystać tę rezerwę, gdy wiatr nie będzie wiał. Istnieją już akumulatory przystosowane do niewielkich pojedynczych instalacji, a obecnie pracuje się się także nad nową technologią dla wielkich turbin wiatrowych.

Energia wiatru w krajach Unii Europejskiej w 2016 roku

W 2016 roku wiatraki pokryły ponad 10% zapotrzebowania Europejczyków na prąd, a moc turbin po raz pierwszy przewyższyła moc elektrowni węglowych. W przyszłym roku wiatraki mogą zostać już numerem jeden w Europie pod względem mocy zainstalowanej.

W Unii Europejskiej w 2016 roku zbudowano wiatraki o łącznej mocy 12,5 GW, z czego niemal 10,9 GW na lądzie i blisko 1,6 GW na morzach okalających Stary Kontynent. Jest to tyle, ile teoretycznie wystarczyłoby do pokrycia połowy maksymalnego zapotrzebowania na moc w Polsce.

Kolejny rok z rzędu najwięcej instalacji wiatrowych przybyło w Niemczech (5,4 GW), a znacznie mniej niż w poprzednich latach powstało w Polsce (ok. 0,7 GW).
W 2016 roku europejskie wiatraki dostarczyły do sieci 296 TWh (dwa razy tyle, co zużycie całej Polski), zaspokajając jedną dziesiątą zapotrzebowania Europejczyków na prąd. Najwięcej krajowego zużycia pokryły w Danii (37%), Irlandii (27%), Portugalii (25%), Cyprze (20%), Hiszpanii (19%), Niemczech (16%) i Rumunii (13%). Polska z udziałem produkcji wiatrowej w zużyciu na poziomie 7% znalazła się na 15 miejscu w Unii Europejskiej.

Najmniejszy udział wiatraków w konsumowanej elektryczności odnotowały kraje ze środka kontynentu o najsłabszej wietrzności: Czechy (1%) i Węgry (2%), a także Łotwa (2%), która niemal połowę swojego zapotrzebowania pokrywa z elektrowni wodnych.

Branża wiatrowa w UE w 2016 roku wygenerowała 27,5 mld euro inwestycji, odpowiadając za 86% wszystkich środków zainwestowanych w energetykę odnawialną w Unii (to blisko 0,2% PKB całej wspólnoty). Z tego w farmy wiatrowe na morzach zainwestowano 18,2 mld euro, a na lądzie 9,3 mld euro. Dla porównania według danych Bloomberga w 2016 roku Chiny zainwestowały w odnawialne źródła energii 103 mld dolarów, USA 44 mld, Japonia 36 mld, Indie 10 mld, Brazylia 7 mld, a RPA 4,5 mld dol.

Energetyka wiatrowa w Polsce

Zgodnie z wytycznymi UE do końca dekady jedna piąta produkowanej w Polsce energii ma pochodzić z odnawialnych źródeł. Eksperci podkreślają, że w Polsce coraz większe znaczenie będzie miała morska energetyka wiatrowa. Ze względu na dobre warunki pogodowe i wietrzne, morskie farmy mają być efektywnym i stabilnym źródłem odnawialnej energii. Z szacunków wynika, że potencjał morskiej energetyki wiatrowej w Polsce sięga około 6 GW mocy.

Wbrew powszechnemu stereotypowi morska energetyka wiatrowa nie musi być aż tak kosztowana. Większość nakładów związanych z budową elektrowni może zostać w rodzimej gospodarce, gdy firmy inwestujące w elektrownie będą w jak największym stopniu korzystały z potencjału polskich podwykonawców. Eksperci zauważają również, że budowa morskich farm wiatrowych na Bałtyku mogłaby pociągnąć za sobą rozwój portów i przemysłu stoczniowego

Poza tym okres eksploatacji farm wiatrowych jest bardzo długi, co oznacza, że koszty inwestycji są rozłożone w długoterminowej perspektywie nawet 50-60 lat.

W sierpniu 2016 roku firma Polenergia jako pierwszy podmiot w Polsce dostała pozwolenie środowiskowe na budowę morskiej farmy wiatrowej na Bałtyku. Moc elektrowni wyniesie 600 MW, a start inwestycji jest planowany na 2019 rok.

Będzie to jedna z największych farm wiatrowych na Bałtyku. 120 turbin zostanie ulokowanych 23 km na północ od linii brzegowej, na wysokości Łeby. Moc pojedynczego wiatraka wyniesie 5 MW, a wysokość 275 metrów, co oznacza, że konstrukcja będzie o 38 metrów przewyższać warszawski Pałac Kultury i Nauki. Docelowo, Polenergia planuje zainstalować na Bałtyku farmy wiatrowe o łącznej mocy 1,2 GW.  Prąd z farmy popłynąć ma na przełomie 2021 i 2022 roku.

Nowe pomysły i rozwiązania

elektrownia wiatrowa zasilana przez latawce

Dodaj komentarz