Poradnik ma‚ej energetyki wiatrowej

  • View
    686

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of Poradnik ma‚ej energetyki wiatrowej

Krzysztof Nalepa Wojciech Miskowski Pawe Pietkiewicz Janusz Piechocki Piotr Bogacz

PORADNIK MAEJ ENERGETYKI WIATROWEJ

Olsztyn, maj 2011

2

PORADNIK MAEJ ENERGETYKI WIATROWEJ

PORADNIK MAEJ ENERGETYKI WIATROWEJ

3

Spis treci1. Wstp 2. Potencja wiatru 2.1. Co to jest wiatr i jak powstaje 2.2. Wiatr jako wspczesny zasb energii 2.3. Podstawowe parametry wiatru jako zasobu energii 2.4. Lokalizacja siowni wiatrowych 3. Rodzaje siowni wiatrowych 3.1. Podzia siowni wiatrowych 3.2. Siownie wiatrowe z silnikiem o poziomej osi obrotu wirnika HAWT 3.3. Przykady rozwiza konstrukcyjnych 3.4. Siownie wiatrowe z silnikiem o pionowej osi obrotu wirnika VAWT 3.5. Przykady rozwiza konstrukcyjnych 3.6. Zalety i wady siowni z wirnikiem typu HAWT i VAWT 3.7. Moliwoci wykorzystania mikrosiowni wiatrowych 4. Koncepcje rozwiza systemowych przydomowych siowni wiatrowych 5. Mae elektrownie wiatrowe w aspekcie aktw prawnych dotyczcych budownictwa (stan na 30.03.2011 r.). 5.1. Elektrownia wiatrowa jako oddzielna budowla wyposaona w fundamenty 5.2. Elektrownia wiatrowa jako maszt z linami odcigajcymi, pozbawiona fundamentw 5.3. Elektrownia jako konstrukcja montowana na istniejcym obiekcie budowlanym 5.4. Inne regulacje dotyczce maych siowni wiatrowych. 6. Analiza nansowa inwestycji w przydomow siowni wiatrow 6.1. Nakady inwestycyjne 6.2. Koszty eksploatacji siowni wiatrowej wraz z instalacj 6.3. Przychody i zyski z dziaania siowni wiatrowej 7. rda nansowania 8. Adresy lokalnych operatorw energetycznych regionu pnocno-wschodniej Polski 9. Podsumowanie Literatura ... 5 ... 6 ... 6 ... 6 ... 9 . . . 16 . . . 17 . . . 17 . . . 19 . . . 26 . . . 44 . . . 47 . . . 52 . . . 53 . . . 55 . . . 63 . . . 63 . . . 66 ... ... ... ... ... ... ... 68 73 75 75 77 78 80

Przydomowe elektrownie wiatrowe poradnikPraca ma charakter poradnika pisanego gwnie do odbiorcw indywidualnych w tym zwaszcza rolnikw. Stanowi on bardzo uyteczne rdo informacji zredagowane w prosty i przystpny sposb. Pierwsze trzy rozdziay zawieraj informacje oglne dotyczce potencjau wiatru i rodzaju siowni wiatrowych. Rozdzia 4 przedstawia popularne koncepcje rozwiza systemowych przydomowych siowni wiatrowych. Szczeglnie interesujce mog by dla potencjalnych przyszych inwestorw rozdziay 5, 6 i 7 mwiace o aspektach prawnych, analizie finansowej i opacalnoci inwestycji oraz moliwych do pozyskania rdach finansowania. Poradnik zawiera bardzo duo odsyaczy do materiaw rdowych, gwnie internetowych. Pozwoli to czytelnikowi we wasnym zakresie pogbi studiowany materia lub te pozyska dodatkowe informacje. Praca jest poprawnie zredagowana a poszczeglne rozdziay tworza logiczn cao. Moe by ona opublikowana bez zmian i uzupenie. Kiciski Jan

. . . 83 . . . 84 . . . 85

PORADNIK MAEJ ENERGETYKI WIATROWEJ

5

1. WstpNie tylko wyczerpywanie si pierwotnych zasobw energii, ale take, a waciwie przede wszystkim, wzrost emisji dwutlenku wgla czyli gazu cieplarnianego do atmosfery, wymusza podejmowanie dziaa zmierzajcych do poszukiwania alternatywnych zasobw energii w tym zasobw energii odnawialnej. Konieczno udziau naszego kraju w tych dziaaniach wynika z naszego czonkostwa w Unii Europejskiej, a zatem midzy innymi z takich aktw prawnych jak Zielona Ksiga [2000], Protok z Kioto [2005] oraz Dyrektywy Unii Europejskiej [2001, 2003]. Odnawialnym nonikiem energii, ktry jest powszechnie wykorzystywany w krajach Unii Europejskiej i coraz szerzej wkracza do naszego kraju jest energetyka wiatrowa. Rozwj technologiczny siowni wiatrowych pozwala na szersze wykorzystanie wiatru do produkcji energii. Energia wiatru bya ju od dawna wykorzystywana przez czowieka w yciu codziennym, np.: do pompowania wody, mielenia ziarna czy wytwarzania siy napdowej aglowcw. Energia wiatru jest przeksztacon form energii sonecznej spowodowan ruchem mas powietrza wywoanym nierwnomiernym nagrzewaniem si powierzchni Ziemi. Okoo 1 tej energii to ruch mas powietrza bezporednio przylegajcych do powierzchni Ziemi. Biorc pod uwag moliwoci rozmieszczenia urzdze przetwarzajcych energi wiatru tylko niewielka cz tych zasobw jest moliwa do wykorzystania. Zasoby wiatru technicznie moliwe do wykorzystania ocenia si na okoo 40 TW [Lewandowski 2001]. Obecnie silniki wiatrowe stosuje si do napdu generatorw prdu, pomp wodnych, sprarek powietrza itp. Zwiksza si asortyment dostpnych siowni wiatrowych poczwszy od maych przydomowych elektrowni wiatrowych do bardzo duych konstrukcji wczonych do systemu energetycznego. Moc elektryczna turbin wiatrowych dochodzi do 5MW przy rednicy wirnika ok. 130 m [http://www.repower.de]. Turbiny wiatrowe s rdem energii niewytwarzajcym zanieczyszcze, co jest ich niewtpliw zalet. Na niekorzy turbin wiatrowych przemawia towarzyszcy ich pracy haas, ktrego rdem jest wirnik, a dokadniej opaty przecinajce powietrze, jak rwnie pracujca przekadnia. Prace rozwojowe nad siowniami wiatrowymi zmierzaj do zwikszenia ich sprawnoci oraz obnienia poziomu haasu wytwarzanego przez nie w trakcie pracy.

6

PORADNIK MAEJ ENERGETYKI WIATROWEJ

PORADNIK MAEJ ENERGETYKI WIATROWEJ

7

2. Potencja wiatruWiatr jest zjawiskiem powszechnym i wykorzystywanym przez ludzi na ich uytek od bardzo dawna. Najpopularniejszym sposobem na wykorzystanie si wiatru do momentu powstania maszyn parowych by transport morski. Energia wiatru wykorzystywana jako sia napdowa aglowcw bya podstaw rozwoju wielu cywilizacji. W miar rozwoju przemysu oraz technologii wytwarzania energii ze rde kopalnych energia wiatrowa przestaa mie kluczowe znaczenie dla czowieka. W obecnym czasie na caym wiecie obserwuje si powrt do rde energii, ktre nie wywieraj negatywnego wpywu na rodowisko naturalne czowieka. W wielu opracowaniach sygnalizuje si, e potencja energetyczny ukryty w tzw. odnawialnych rdach energii przewysza obecny popyt na energi. Stanowi to gwn podstaw do bada nad metodami wykorzystania kadej iloci energii wystpujcej w przyrodzie.

Z przyczyn naturalnych dotyczcych wanie warunkw wiatrowych na obszarze Polski oraz z przyczyn zwizanych z organizacj, finansowaniem inwestycji zwizanych z produkcj energii elektrycznej z wiatru, odbioru produkowanej mocy itd., Polska jest wci daleko w rankingu pastw korzystajcych z energii wiatru. Oczywicie uwarunkowania naturalne nie pozwol Polsce nigdy przecign w produkcji prdu elektrycznego z energii wiatru takich krajw jak Holandia czy Dania, jednak eksperci zgodnie twierdz, e potencja energii wiatrowej w Polsce nie jest wystarczajco wykorzystywany. W Polsce inwestuje si gwnie w tworzenie duych farm wiatrowych w miejscach, gdzie badania potwierdzaj rentowno takich przedsiwzi, ale udzia generacji energii wiatrowej w krajowym zuyciu energii elektrycznej nie przekroczy wci 1%. Obserwuje si jednak jego sukcesywny wzrost. Dane na ten temat zamieszczono poniej. Udzia generacji wiatrowej w krajowym zuyciu energii elektrycznej:2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 0,10 % 0,09 % 0,26 % 0,32 % 0,51 % 0,69 % 0,96 % (142 GWh/144 TWh) (135 GWh/145 TWh) (388,4 GWh/149 TWh) (494,2 GWh/154 TWh) (790,2 GWh/153 TWh) (1029 GWh/148,7TWh) (1485 GWh/155 TWh)

2.1. Co to jest wiatr i jak powstajeWiatr jest efektem przemieszczania si mas powietrza z obszarw o wyszym cinieniu do obszarw o cinieniu niszym. Jest to powane uoglnienie. Warto te pamita, e przyczyn wszelkich ruchw powietrza na Ziemi jest energia soneczna. Na skutek ogrzewania powierzchni Ziemi przez Soce zwiksza si jej temperatura. Z rnych przyczyn proces ten jest nierwnomierny. Ogrzane powietrze unosi si ku grze i jego miejsce zajmowane jest masami chodnego powietrza. Dodatkowo Ziemia obraca si wok swojej osi, na skutek czego Soce ogrzewa tylko cz jej powierzchni w danym okresie czasu. Proces powstawania cyrkulacji powietrza w atmosferze jest komplikowany przez uksztatowanie terenu, nierwnomierne rozmieszczenie ldu i wody na powierzchni kuli ziemskiej, nierwne nawietlenie rnych terenw i wiele innych czynnikw, ktre powoduj, e wiatr wieje z rnym nateniem oraz z rnych kierunkw na rnych terenach, a parametry te zmieniaj si w czasie.

rdo: Polskie Stowarzyszenie Energetyki Wiatrowej [http://www.elektrownie-wiatrowe.org.pl/energetyka_wiatrowa.htm]

2.2. Wiatr jako wspczesny zasb energiiWiatr jest zasobem energii, ktry nie emituje adnych zanieczyszcze. Przy korzystnych warunkach wiatrowych (przy prdkoci redniej dugoterminowej V>5.5 m/s na wysokoci wirnika siowni wiatrowej) cena jednostkowa energii pochodzcej z tego rda czsto jest nisza od ceny energii z konwencjonalnych elektrowni cieplnych. Postpujcy rozwj technologii elektrowni wiatrowych powoduje dalszy spadek kosztw energii i czyni sektor energetyki wiatrowej jeszcze bardziej atrakcyjnym dla inwestorw. Niestety warunki wiatrowe dla budowy typowych siowni wiatrowych nie s optymalne we wszystkich obszarach naszego globu. Dotyczy to rwnie skali dowolnego regionu, za jaki mona uwaa take Polsk.

8

PORADNIK MAEJ ENERGETYKI WIATROWEJ

PORADNIK MAEJ ENERGETYKI WIATROWEJ

9

Rys. 2.1. Mapa stref warunkw wiatrowych w Polsce (rdo: Opracowanie IMGW)

Poprzez wieloletni obserwacj prdkoci oraz kierunku wiatru na rnych obszarach kraju tworzy si i wci uaktualnia tzw. map wiatrow, ktra okrela obszary kraju pozwalajce na umieszczenie na nich farm wiatrowych (rys. 2.1 i rys. 2.2). Najkorzystniejsze warunki do zaoenia farm wiatrowych wystpuj w Polsce w nastpujcych regionach: l rodkowe, najbardziej wysunite na pnoc czci wybrzea od Koszalina po Hel, l rejon wyspy Wolin, l Suwalszczyzna, l rodkowa Wielkopolska i Mazowsze, l Beskid lski i ywiecki, l Bieszczady i Pogrze Dynowskie. Pozostae obszary charakteryzuj si mniej korzystnymi lub niekorzystnymi warunkami do budowy farm wiatrowych. Oznacza to, e w Polsce nie wszdzie opaca si budowa due siownie wiatrowe nastawione na produkcj energii elektrycznej w celach komercyjnych, w zwizku z tym nie mona take liczy na znaczce zabezpieczenie zapotrzebowan