Elektrownia wiatrowa w Pucku

Middelgrunden – elektrownia wiatrowa na morzu, w cieśninie Sund , 3,5 km od Kopenhagi .

Elektrownia wiatrowa to zespół urządzeń produkujących energię elektryczną , wykorzystujących do tego turbiny wiatrowe . Energia elektryczna uzyskana z wiatru jest uznawana za ekologicznie czystą, gdyż, pomijając nakłady energetyczne związane z wybudowaniem takiej elektrowni, wytworzenie energii nie pociąga za sobą spalania żadnego paliwa .

Światowym potentatem w produkcji energii wiatrowej są Niemcy (ok. 40% produkcji w skali całego globu).

Wydajność

Aby uzyskać 1 M W (megawat) mocy , wirnik turbiny wiatrowej powinien mieć średnicę około 50 metrów . Ponieważ duża konwencjonalna elektrownia ma moc sięgającą 1 GW (gigawata), tj. 1000 MW , to jej zastąpienie wymagałoby teoretycznie użycia ok. 1000 takich generatorów wiatrowych. W rzeczywistości elektrownie wiatrowe pracują ok. 1500 – 2000 godzin rocznie, tj. trzykrotnie krócej niż siłownie konwencjonalne i atomowe. Zatem aby wyprodukować tyle samo energii elektrycznej co jedna duża siłownia klasyczna potrzeba ok. 3000 elektrowni wiatrowych o mocy 1 MW.

W niektórych krajach budowane są elektrownie wiatrowe składające się z wielu ustawionych blisko siebie turbin – tzw. farmy wiatrowe . Na polskim wybrzeżu Bałtyku oddano do użytku w 2006 roku taką farmę w miejscowości Tymień (25 wiatraków o mocy 2 MW każdy = 50 MW).

Opinia publiczna bywa niekiedy nieprzychylna takim inwestycjom, gdyż szpecą one krajobraz, generują uciążliwy hałas, oraz stanowią zagrożenie dla ptaków (urazy mechaniczne oraz zakłócenia w ptasiej nawigacji). Dlatego też przyszłość elektrowni takiego typu jest niepewna. Jednak niewielkie pojedyncze turbiny mogą być dobrym źródłem energii w miejscach oddalonych od centrów cywilizacyjnych, gdzie brak jest połączenia z krajową siecią energetyczną .

Oceny mocy wiatru dokonywane są globalnie na podstawie pomiarów i wyników modeli numerycznych. Archer i Jacobson (2003, 2006) opracowali mapy mocy wiatru na wysokości 80 m. Lokalnie oceny wiatru dokonuje się używając mezoskalowych modeli numerycznych, które pozwalają na zejście do skali 2-10 km, a oceny mocy wiatru na skali 100-200 m dokonuje się za pomocą prostszych modeli, często uwzględniających lokalne warunki topograficzne (Pinard i inni, 2005). W Polsce tylko w niewielu miejscach sezonowo prędkość wiatru przekracza 4 m/s, co uznawane jest za minimum, aby mogły pracować urządzenia prądotwórcze wiatraków energetycznych. Średnia prędkość wiatrów wynosi 2,8 m/s w porze letniej i 3,8 m/s w zimie. Konsekwencją niskiej wietrzności jest to, że elektrownia wiatrowa wybudowana w Danii dostarczy 100 kW (kilowatów), podczas gdy taka sama elektrownia wybudowana w rejonie Szczecina dostarczy tylko 17,3 kW . Na terenie Polski przeważają strefy ciszy wiatrowej. Najlepsze warunki wiatrowe w Polsce panują nad Bałtykiem , w okolicach Suwalszczyzny oraz na Podkarpaciu. Polskimi "zagłębiami wiatrowymi" są przybrzeżne pasy w okolicach Darłowa i Pucka . Obecnie rola energii wiatrowej w bilansie energetycznym Polski jest niewielka, jednak sytuacja ta stopniowo ulega zmianie. Najlepiej rozwiniętą w Europie energetykę wiatrową mają sąsiadujące z Polską Niemcy . Jednakże i oni mieli już okazję zetknąć się z problemem ciszy wiatrowej. W 2003 roku upalne lato nad większością obszaru Europy spowodowało ciszę wiatrową o rozmiarach klęski: stanęły wiatraki i gdyby nie konwencjonalne źródła energii, na wielu terenach zabrakłoby prądu. Problem ciszy wiatrowej wydaje się być niedocenianą do tej pory przeszkodą w planach wykorzystania energii wiatru – w Niemczech istnieje ok. 16 tysięcy turbin wiatrowych, mogących zaspokajać do 15% zapotrzebowania na energię elektryczną, jednak problemy ze zjawiskiem ciszy wiatrowej powodują, że produkują tej energii zaledwie 3%.

Pędnik, elektrycznej turbiny wiatrowej w Rębielicach Królewskich

Wpływ na klimat

Elektrownie wiatrowe mogą wpływać na lokalny klimat – większe skupiska wiatraków mogą być przyczyną zmniejszenia prędkości wiatru (Roy i inni, 2004). Keith i inni (2004) oceniają, że bardzo duże ilości energii generowane przez elektrownie wiatrowe mogą wpływać na klimat w skali kontynentalnej, ale mają minimalny wpływ na zmiany temperatury.

Kontrowersje

Zdaniem przeciwników elektrownie wiatrowe, jako uzależnione od warunków pogodowych, wymuszają na tradycyjnej energetyce utrzymywanie rezerwy mocy, tak aby w każdej chwili można było zastąpić lub uzupełnić spadek mocy dostarczanej przez elektrownie wiatrowe. Duża bezwładność czasowa elektrowni cieplnych, oraz uwarunkowania techniczne sprawiają, że muszą one pracować z pewną mocą, mimo że moc w nich produkowana nie jest potrzebna. Gdy wieje wiatr i elektrownie wiatrowe wytwarzają moc elektryczną, prowadzi do spalania mniejszej ilości węgla , a co za tym idzie mniejszej emisji gazów cieplarnianych. Sumarycznie ilość spalonych paliw kopalnych potrzebnych do budowy systemu elektrowni wiatrowych i konwencjonalnych oraz zużyte w trakcie pracy nie jest mniejsze od budowy i pracy nowoczesnego zakładu energetycznego. Zdaniem specjalistów (patrz bibliografia) rozumowanie takie jest błędne, gdyż pojawienie się mocy wytworzonej przez elektrownię wiatrową prowadzi do zmniejszenia ilości spalanego węgla dzięki automatycznym systemom regulacji mocy elektrowni węglowych.

Jednym z argumentów na rzecz budowania elektrowni wiatrowych na świecie był problem konieczności zmniejszenia emisji dwutlenku węgla do atmosfery . Jednak z ostatnich raportów organizacji Greenpeace wynika, że rozwój energetyki wiatrowej jest, jak na razie, jednym z najdroższych sposobów i wcale nie najefektywniejszym rozwiązywania tego problemu. Znacznie tańszym sposobem obniżenia emisji dwutlenku węgla jest zastąpienie części elektrowni węglowych elektrowniami jądrowymi . Mamy więc do wyboru droższą w produkcji energię elektryczną ze źródeł odnawialnych i jej niskie koszty środowiskowe lub tańszą energię elektryczną ze spalania węgla obarczoną wysokimi kosztami środowiskowymi lub energetykę jądrową mającą zerową emisję gazów cieplarnianych i związków toksycznych lecz z nie rozwiązanym do końca problemem przechowywania odpadów radioaktywnych, oraz zagrożeniem skażeniem radioaktywnym w wyniku uszkodzenia reaktora w tym szczególnie w wyniku ataku terrorystycznego.

Problem też stanowi fakt, iż wg niektórych badań farmy wiatrowe poważnie zagrażają ptactwu , zaś wzdłuż Odry przebiega szlak ich sezonowych wędrówek południkowych . Na ten problem zwracają też uwagę światowi ekolodzy, m.in. ze Szkocji i USA . Stwierdzono, że szkockie elektrownie wiatrowe przyczyniają się do ginięcia zagrożonych gatunków ptactwa (m.in. sokołów , orłów i latających na małych wysokościach drzemlików ), a amerykańska organizacja pozarządowa Center for Biological Diversity policzyła, że turbiny jednej tylko lokalnej elektrowni wiatrowej zabijają corocznie nawet do 1,3 tys. latających ptaków drapieżnych. Z innych badań (m.in. duńskich, niemieckich i holenderskich) wynika natomiast, że ptaki potrafią się znakomicie dostosować do pojedynczych elektrowni wiatrowych jak i potężnych farm wiatrowych. Jeśli na drodze przelotu ptaków pojawiają się nowe elektrownie wiatrowe (bądź inne elementy mogące stanowić potencjalne zagrożenie), ptaki omijają je szerokim łukiem wykluczając możliwość kolizji lub znacznie zmniejszając możliwość jej wystąpienia. Znane są także przypadki, że ptaki niektórych gatunków zakładały gniazda na gondolach elektrowni wiatrowych, co stanowi silny dowód, że nie dochodziło do kolizji tego gatunku z łopatami wirnika turbiny wiatrowej.

Oprócz typowego hałasu (w zakresie słyszalnym) generowane są często (ale tylko w starszych konstrukcjach) przez niektóre elementy konstrukcyjne turbiny wiatrowej, zwłaszcza łopaty infradźwięki , czyli fale w zakresie częstotliwości mniejszych, od słyszalnych. W początkowym okresie rozwoju turbin wiatrowych były one rzeczywiście uciążliwe dla sąsiedztwa. Jednak zaostrzenia prawne i szybki rozwój w tej dziedzinie doprowadził do uzyskania konstrukcji prawie nieemitujących infradźwięków.

W Polsce dodatkowym elementem utrudniającym zaistnienie tego źródła energii są kłopoty wynikające z polityki energetycznej firm-odbiorców energii, które żądają zapewnienia stałej wielkości dostaw oraz fakt, że na terenie Niziny Szczecińskiej istnieje zespół elektrowni zaspokajających potrzeby tego regionu, a przesył energii ze względu na straty jest nieopłacalny. Rozwojowi energetyki wiatrowej w Polsce wydają się też nie sprzyjać przepisy prawne – szacuje się, że same wydatki dot. uzyskania pozwolenia na budowę wiatraków często stanowią nawet 25% kosztów ogólnych uruchamiania elektrowni wiatrowej natomiast możliwość uzyskania kredytów na taką budowę jest w Polsce niewielka.

Pomimo tych wszystkich (mniejszych i większych) kontrowersji, inwestorzy z Niemiec w Zatoce Pomorskiej chcą zbudować jedną z największych na świecie farm wiatrowych: 35 kilometrów na wschód od Rugii ma stanąć ok. 200 zakotwiczonych w dnie morskim wiatraków, których łączna moc zainstalowana ma docelowo wynieść ok. 1 GW . Projektanci tego przedsięwzięcia zapewniają, że zadbali o to, by wiatraki nie kolidowały z trasami przelotu ptaków ani z międzynarodowymi szlakami żeglugi . Całość ma być ukończona do 2010 roku.

W jednym z raportów Greenpeace przedstawiono obliczenia, z których wynika, że do roku 2020 elektrownie wiatrowe będą produkować ok. 12% całkowitej energii elektrycznej.

Elektrownie wiatrowe w Polsce

Elektrownia wiatrowa a budynek autonomiczny

Na małą skalę, elektrownia wiatrowa połączona z systemem magazynowania energii elektrycznej może służyć do zaopatrzenia budynku autonomicznego w elektryczność. Na rynku dostępne są małe przydomowe instalacje do produkcji energii elektrycznej, składające się z turbiny wiatrowej o mocy kilku kW, ogniwo fotowoltaiczne oraz baterię akumulatorów do przechowywania energii między okresami podaży a zapotrzebowania.

Zobacz też

• energia wiatru
• odnawialne źródła energii
• energetyka
• farma wiatrowa

Bibliografia

Publikacje naukowe

• Archer C.L., Jacobson M.Z., Spatial and temporal distributions of US winds and wind power at 80 m derived from measurements, Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 108 (D9): Art. No. 4289 MAY 13 2003
• Archer C.L., Jacobson M.Z., Evaluation of global wind power, Journal of Geophysical Research-Atmospheres 110 (D12): Art. No. D12110 JUN 30 2005
• Michael Brower, New Wind Energy Resource Maps of California, prepared for Dora Yen, Contract Manager California Energy Commission Contract #500-01-009, November 2002 ( http://www.awstruewind.com/inner/windmaps/California.htm )
• Keith, D.W., DeCarollis, J.F., Denkenberger, D.C., Lenschow D.H., Malyshev S.L., Pacala S., Rash P., The influence of large-scale wind power on global climate, PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 101 (46): 16115-16120 NOV 16 2004, http://www.pnas.org/cgi/content/full/101/46/16115
• Jacobson, M.Z., Energy: exploiting wind versus coal, SCIENCE 293 : 1438 2001
• Pinard J.D.J.P., Benoit R., Yu W., A WEST wind climate simulation of the mountainous Yukon, ATMOSPHERE-OCEAN 43 (3): 259-282 SEP 2005
• Roy S.B., Pacala S.W., Walko R.L., Can large wind farms affect local meteorology? Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 109 (D19): Art. No. D19101 OCT 1 2004

Linki zewnętrzne

• Strona "Oddziaływania wiatraków" poświęcona wpływowi siłowni wiatrowych na środowisko