Możliwości rozwoju małej energetyki wiatrowej w Polsce
STRATEGIA ROZWOJU ENERGETYKI ODNAWIALNEJ opracowana przez ministerstwo środowiska na lata 2003 - 2005 z terminem realizacji do 2010 r. mówi: "Energetyka wiatrowa jako stosunkowo nowa gałąź energetyki i przemysłu na początku wymaga zaangażowania państwa w nadanie jej najkorzystniejszych kierunków rozwoju. Z uwagi na wysokie tempo rozwoju energetyki wiatrowej na świecie, a w szczególności w Europie, krajowe działania zmierzające do kreowania i kształtowania rynku na "czystą" energię elektryczną i elektrownie wiatrowe należy podjąć z wyprzedzeniem tak, aby stworzyć warunki do uczestnictwa polskich przedsiębiorstw, samorządów i inwestorów w rozwoju tej gałęzi wiedzy, gospodarki i biznesu. Ich realizacja powstrzymywana jest przez wciąż niepewne warunki sprzedaży energii do sieci oraz trudności z przyłączeniem elektrowni do sieci. Ponadto dotychczasowy rozwój energetyki wiatrowej nie zawsze uwzględniał interes społeczności lokalnej i korzyści dla krajowego przemysłu. Bez rozwiązania tych problemów trudno byłoby zapewnić optymalne wykorzystanie zasobów energii wiatru w Polsce i właściwe dla krajowych podmiotów gospodarczych rozłożenie korzyści z rozwoju energetyki wiatrowej.
Strategia rozwoju energetyki odnawialnej wskazuje na możliwość umiarkowanego rozwoju energetyki wiatrowej do roku 2010 w postaci przyrostu mocy zainstalowanej w granicach 600-1600 MW. Oznacza to, że udział energii elektrycznej z elektrowni wiatrowych nie przekroczyłby w tym okresie 2,0 % bilansu energii elektrycznej w Polsce. Energetyka wiatrowa, obok energetycznego wykorzystania biomasy będzie jednak jednym z najistotniejszych składników realizacji ogólnego celu ilościowego rozwoju produkcji "zielonej" energii do roku 2010 w postaci 7,5% udziału energii ze źródeł odnawialnych w bilansie produkcji energii pierwotnej w Polsce, przyjętego w Strategii z 23 sierpnia 2001 r. jak i w rozporządzeniu Ministra".
W wyniku postępu technologicznego oraz na skutek wzrostu ilości seryjnie produkowanych elektrowni wiatrowych nastąpiło znaczne obniżenie nakładów inwestycyjnych w przeliczeniu na jednostkę mocy elektrowni wiatrowej. Jak dotychczas szczególnie silny wzrost wykorzystania energii wiatru notowany jest w Niemczech. Kraj ten dysponował na koniec 2000 r. siłowniami wiatrowymi o łącznej mocy zainstalowanej 6 113 MW (46,1% europejskiej i 34,4 % światowej mocy zainstalowanej).
W Europie w 1990 r. średnie nakłady inwestycyjne w przeliczeniu na 1 kW mocy urządzeń wynosiły ok. 1800 EUR, natomiast w roku 2005 już tylko ok. 950 EUR. Dotyczy to również małych siłowni wiatrowych o mocy do 20 kW. Średni koszt takiej siłowni wynosi ok. 1000 EUR za 1 kW.
W związku z tym w Polsce nie jest już możliwe stworzenie silnej i konkurencyjnej bazy produkcyjnej dużych elektrowni wiatrowych. Przyczyną są skromne środki polskich przedsiębiorstw, brak doświadczeń oraz niewielkie możliwości państwa dla wsparcia badań i wdrożeń nowoczesnych technologii.
Inaczej wygląda sprawa produkcji małych elektrowni wiatrowych o mocach od 0,5 do 20 kW.
Polska posiada w tej dziedzinie spore osiągnięcia zarówno w opracowaniach technicznych jak i produkcji. Na polskim rynku działa kilkanaście firm, które produkują tego typu siłownie nie ustępujące konstrukcjom takich renomowanych firm jak Bornay, Ropatec czy Bergey.
Małe turbiny wiatrowe mogą łatwo znaleźć zastosowanie w autonomicznych systemach energetycznych i "eko-domach samowystarczalnych".
Foto 1. Eko-dom samowystarczalny
W tej chwili tworzą się na świecie sprzyjające warunki dla rozwoju i zastosowania technologii małych, nie rzucających się w oczy, cicho pracujących turbin wiatrowych.
Klasyczne duże turbiny wiatrowe stwarzają cała masę problemów:
- w dużych turbinach produkcja energii silnie zależy od warunków wiatrowych,
- duże turbiny potrzebują sporo niezabudowanego terenu -strefa ochronna 500m
- pojawiają się głosy o "wizualnym zanieczyszczeniu środowiska",
- uciążliwy jest szum, wytwarzany przez końcówki łopat
- obrońcy przyrody donoszą o zagrożeniu dla ptaków i nietoperzy.
Potrzeba przezwyciężenia tych problemów, a zarazem chęć dalszego rozwoju energetyki wiatrowej spowodowała wzrost zainteresowania stosowaniem małych turbin wiatrowych (o mocy od 0,1 kW do 100 kW), zwłaszcza o konstrukcji z pionową osią obrotu. Turbiny takie nie stwarzają wyżej wymienionych problemów. Aerodynamika tych konstrukcji pozwala na niestosowanie hamulców, a maksymalna prędkość obrotowa regulowana jest na drodze elektronicznej przez zmianę obciążenia.
Rynek na turbiny wiatrowe o mocy ponad 100 kW jest kontrolowany przez kilka dużych firm. Napotykają one jednak na opory przy lokalizowaniu kolejnych parków wiatrowych.
Rynek na małe turbiny rozwija się dynamicznie z powodów technicznych jak i logistycznych. Ciągle pojawiają się nowe zastosowania zdecentralizowanych systemów opartych na małych turbinach wiatrowych. Ma na to duży wpływ zwiększone w ostatnich latach zagrożenie terroryzmem.
Ogólnie według oszacowań ekspertów, turbina o mocy 3 kW dla wiatru o średniej rocznej prędkości 7 m/s może wyprodukować rocznie ok. 4000 kWh energii elektrycznej, co odpowiada zapotrzebowaniu gospodarstwa domowego (średnia europejska to ok. 3500 kWh / rok).
Foto 2. Projekt eko-domu (biuro arch. ARTIN)
Foto 3. Realizacja projektu ARTIN -okolice Warszawy -turbina ECO-IDEA & ELBUD
Niższa wydajność energetyczna małych turbin powoduje, że koszt zainstalowania w przeliczeniu na jednostki mocy jest wyższy niż turbin o mocach ponad 250 kW.
Koszt energii uzyskanej z małych elektrowni wiatrowych wynosi od 0,3-0,07 EUR /kWh. Jest to jednak rekompensowane prostotą montażu i mniejszymi oporami społecznymi, zwłaszcza środowisk proekologicznych.
Foto 4. W zgodzie z naturą -turbina ECO-IDEA & ELBUD
Małe turbiny wiatrowe mogą być stosowane wszędzie tam, gdzie wymagana jest produkcja niewielkich ilości energii elektrycznej a doprowadzenie linii energetycznej nie jest opłacalne. Ich konstrukcja może być przenośna i instalowana w trudno dostępnym terenie, mogą być stosowane np. do zasilania stacji przekaźnikowych telekomunikacji, urządzeń monitoringu, do podświetlania znaków drogowych i tablic informacyjnych nocą. W rolnictwie mogą służyć do zasilania pomp do nawodnienia upraw czy uzupełniania poideł dla zwierząt na dużych pastwiskach.
Małe turbiny wiatrowe nie stwarzają zanieczyszczenia wizualnego, są łatwe do wkomponowania w otoczenie, a nawet możliwe jest uczynienie z nich elementów dekoracyjnych.
W miejscach o ekstremalnych warunkach wiatrowych bardzo dobrze spisują się turbiny o osi pionowej, o mocy rzędu 1-10 kW. Mogą one być instalowane tam, gdzie wieją silne wiatry 25-50 m/s. lub występują silne krótkotrwałe podmuchy wiatrów o zmiennych kierunkach. Tego typu turbiny odporne są nawet na cyklony, burze piaskowe, czy sztormy i mogą pracować w temperaturach od -50 do 50°C .
Foto 5. Turbina Ropatec -schronisko w Alpach
Opracowywane są projekty wykorzystania energii wiatrowej dla potrzeb budynków (zwłaszcza użyteczności publicznej) zapewniające zasilanie urządzeń łączności, systemów przeciwpożarowych, systemów bezpieczeństwa i kontroli dostępu, które muszą mieć zasilanie nawet w stanie ekstremalnego zagrożenia terrorystycznego.
Istotne jest to, że budynki i turbina wzajemnie na siebie oddziałują; w pewnych miejscach budynek może przyśpieszać ruch wiatru i być traktowany jako koncentrator prędkości wiatru.
Możliwe jest umieszczanie turbin wiatrowych w takich miejscach jak:
- pomiędzy budynkami, przy wykorzystaniu efektu koncentracji prędkości wiatru przez sąsiadujące budynki w najwęższym miejscu pomiędzy nimi,
- w kanale przechodzącym przez budynek, gdzie różnica ciśnień pomiędzy stroną nawietrzną i zawietrzną wywołuje zwiększony przepływ powierza,
- na dachu budynku.
Foto 6. Turbina "Turby"("dziwne" urządzenie po prawej) zasilająca stacje przekaźnikową na dachu budynku
Symulacje komputerowe pokazują ok. 30% zwiększenie prędkości wiatru kilka metrów nad dachem i na jego krawędzi w porównaniu do przepływu bez obecności budynku.
Najbardziej realna i najszybsza do powszechnego użytku może być koncepcja umieszczania turbin wiatrowych na dachu. W tym celu został opracowany specjalny typ konstrukcji wykorzystujący zarówno wiatry wiejące poziomo, jak i pod różnymi kątami (częsta sytuacja zwłaszcza przy krawędziach dachu). Jedna taka turbina waży ok. 120 kg i jest łatwa do montażu.
Takie turbiny są opracowywane w wielu krajach, w tym również w Polsce.
Parametry typowej turbiny o pionowej osi obrotu to: średnica rotora 1-2 m, wysokość 1.5 - 9 m, moc od 0,5 kW do 4 kW przy wietrze 15-20m/s.
Według obliczeń naukowców holenderskich, w związku z koncentrującym działaniem budynków, 5 m ponad dachem budynku o wysokości 20 m w zabudowie miejskiej panują podobne warunki wiatrowe jak w terenie niezabudowanym na wysokości 10 m.
W takim przypadku np. turbina typu "Turby" o mocy 2,5 kW jest w stanie wytworzyć rocznie ok. 1800 kWh energii elektrycznej (w terenach o średniej prędkości wiatru 4,3 m/s charakterystycznych dla Europy środkowej).
Pomimo dynamicznego rozwoju małej energetyki wiatrowej w Europie, w Polsce posiadającej ogromne możliwości w tej dziedzinie, istnieją różnego rodzaju bariery hamujące jej dalszy rozwój. Bariery te mają bardzo różny charakter. Identyfikacja i analiza barier wspólnych dla wszystkich sektorów energetyki odnawialnej zawarta została w Strategii rozwoju energetyki odnawialnej. Najistotniejsze z nich to bariery prawne i finansowe.
Brak wystarczająco silnych i stabilnych mechanizmów ekonomicznych, w tym również fiskalnych, pozwalających na bezpieczne planowanie inwestycji i uzyskiwanie z ich realizacji odpowiednich korzyści finansowych. Niedostateczne ujęcie rozwoju energetyki odnawialnej, w tym wiatrowej, w polityce energetycznej oraz w koncepcjach rozwoju rozproszonych źródeł energii.
Nie mniej znaczące są bariery informacyjne. Brak programów edukacyjno - szkoleniowych dotyczących energetyki wiatrowej adresowanych do inżynierów, projektantów, architektów, przedstawicieli sektora energetycznego, bankowości, samorządów lokalnych.
Barierą wynikającą z potrzeby ochrony środowiska przyrodniczego i krajobrazu jest brak wypracowanych metod uniknięcia konfliktów z ochroną przyrody i krajobrazu lub ich łagodzenia (tzw. dobrych praktyk).
Tadeusz Górka
ECO-IDEA
Wykorzystane materiały:
- Ministerstwo Środowiska : "Strategia rozwoju energetyki odnawialnej"
- Mariusz Filipowicz - artykuł w " Nafta & Gaz Biznes" - kwiecień 2004
- Informacje producentów turbin wiatrowych
7
Endrrju