Rozwój mikroenergetyki wiatrowej. dr inż. Wojciech Radziewicz Politechnika Opolska Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Rozwój mikroenergetyki wiatrowej. dr inż. Wojciech Radziewicz Politechnika Opolska Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki"

Kornelia Marek
8 lat temu
Przeglądów:

1 Rozwój mikroenergetyki wiatrowej dr inż. Wojciech Radziewicz Politechnika Opolska Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki

2 Wprowadzenie Wzrost mocy zainstalowanej w elektrowniach wiatrowych na świecie sięga średnio 20% rocznie. Obecnie na naszym globie zainstalowano ponad 237 GW mocy w energetyce wiatrowej (w roku 2010 było to 197 GW), a największą dynamikę wzrostu w 2011 roku osiągnęły Chiny, które wyprzedziły Stany Zjednoczone, stając się światowym liderem w zakresie zainstalowanej mocy w elektrowniach wiatrowych (62 GW) oraz w zakresie produkcji turbozespołów wiatrowych. W Polsce także występuje zainteresowanie energetyką wiatrową. Na koniec 2010 roku na terenie naszego kraju zainstalowano 1,1 GW mocy w farmach wiatrowych, a na koniec 2011: 1,6 GW.

osiągnęły Chiny, które wyprzedziły Stany Zjednoczone, stając się światowym liderem w zakresie zainstalowanej mocy w elektrowniach wiatrowych (62 GW) oraz w

3 Energetyka wiatrowa na świecie Źródło: Global Wind Energy Council

4 Podział elektrowni wiatrowych Ze względu na moc zainstalowaną Mikroelektrownie wiatrowe - o mocy poniżej 100 W, Małe elektrownie wiatrowe - o mocy od 100 W do 50 kw, Duże elektrownie wiatrowe - o mocy powyżej 50 kw. Ze względu na położenie osi obrotu wirnika Typu HAWT (ang. Horizontal Axis Wind Turbines) - z poziomą osią obrotu, Typu VAWT (ang. Vertical Axis Wind Turbines) - z pionową osią obrotu. Ze względu na wyróżnik szybkobieżności λ Wolnobieżne λ< 1,5, Średniobieżne 1,5 <λ< 3,5, Szybkobieżne λ> 3,5.

Ze względu na położenie osi obrotu wirnika Typu HAWT (ang.

5 Średnie zużycie energii elektrycznej Przeciętna amerykańska rodzina zużywa rocznie ok. 11,5 MWh. Mikroturbina o mocy 10 kw w dobrej lokalizacji jest w stanie pokryć to zapotrzebowanie. Zapotrzebowanie na energię elektryczną europejskiej rodziny powinna pokryć mikroturbina o mocy 4 kw. Średnie chińskie gospodarstwo domowe potrzebowałoby mikroturbiny o mocy 1 kw do zaspokojenia potrzeb na energię elektryczną. 1 1 Źródło: Small Wind Report 2012 Summary

Zapotrzebowanie na energię elektryczną europejskiej rodziny powinna pokryć mikroturbina o mocy 4 kw.

6 Możliwości rozwoju mikroenergetyki wiatrowej w Polsce - rynek energetyki prosumenckiej Segment 1- prosumenckie instalacje elektryczne 10 tys. nowych domów budowanych rocznie i 6 mln domów do modernizacji, 120 tys. wspólnot mieszkaniowych (budynków mieszkalnych), 14 tys. szkół podstawowych, 6 tys. gimnazjów, 11 tys. szkół ponadgimnazjalnych, 750 szpitali, 2,5 tys. urzędów miast i gmin, 115 tys. gospodarstw rolnych małotowarowych i 105 tys. gospodarstw rolnych socjalnych. Segment 2- prosumencka inteligentna sieć energetyczna 18 tys. spółdzielni mieszkaniowych i 130 osiedli deweloperskich, 43 tys. wsi, 1600 gmin wiejskich i 500 gmin wiejsko- miejskich, 400 miast. Segment 3- autogeneracja w przedsiębiorstwach 1,6 mln przedsiębiorców, 3,5% krajowego zużycia energii elektrycznej należy do PKP Energetyka, ok. 50% krajowego zużycia energii elektrycznej należy do przemysłu.

szkół ponadgimnazjalnych, 750 szpitali, 2,5 tys. urzędów miast i gmin, 115 tys. gospodarstw rolnych małotowarowych i 105 tys. gospodarstw rolnych socjalnych.

7 Zainstalowane jednostki [szt.] Mikroenergetyka wiatrowa na świecie Liczba zainstalowanych mikrowiatraków na świecie według stanu na koniec roku Kraje Źródło: Small Wind Report 2012

zainstalowanych mikrowiatraków na świecie według stanu na koniec roku 2010

8 Zainstalowana moc [kw] Mikroenergetyka wiatrowa na świecie Zainstalowana moc w mikrowiatrakach na świecie według stanu na koniec roku Kraje Źródło: Small Wind Report 2012

na koniec roku 2010 179000 140000 120000 100000 80000 60000 42970 40000

9 Sprzedaż małych turbin wiatrowych w Polsce Sprzedaż małych turbin wiatrowych w Polsce wg sposobu użytkowania oraz wg mocy zainstalowanej. Źródło: Instytut Energetyki Odnawialnej

10 Firmy sektora małej energetyki wiatrowej w Polsce Doświadczenie firm działających na rynku MEW oraz struktura zatrudnienia w tym sektorze. Źródło: Instytut Energetyki Odnawialnej. Według raportu Instytutu Energetyki Odnawialnej na koniec roku 2010 w Polsce zidentyfikowano 142 firmy działające w sektorze małej energetyki wiatrowej. Większość z nich zajmuje się dystrybucją. Są to najczęściej mikroprzedsiębiorstwa z małym doświadczeniem.

Według raportu Instytutu Energetyki Odnawialnej na koniec roku 2010 w Polsce zidentyfikowano 142 firmy

11 5 stref wietrzności w Polsce, a mikroenergetyka wiatrowa Potencjał małej energetyki wiatrowej w Polsce. Źródło: Instytut Energetyki Odnawialnej.

12 Klasy szorstkości terenu Klasa szorstkości Opis terenu Teren płaski otwarty, na którym wysokość nierówności jest mniejsza od 0,5 m Teren płaski otwarty lub nieznacznie pofalowany. Mogą występować pojedyncze zabudowania lub drzewa w dużych odległościach od siebie Teren płaski lub pofalowany z otwartymi dużymi przestrzeniami. Mogą występować grupy drzew lub niska zabudowa w znacznej odległości od siebie Teren z przeszkodami, tj. tereny zalesione, przedmieścia większych miast oraz małe miasta, tereny przemysłowe luźno zabudowane Teren z licznymi przeszkodami w niedużej odległości od siebie, tj. skupiska drzew, budynków w odległości min. 300 m od miejsca obserwacji Teren z licznymi dużymi przeszkodami położonymi blisko siebie, obszary leśne, centra dużych miast

Mogą występować grupy drzew lub niska zabudowa w znacznej odległości od siebie Teren z przeszkodami, tj.

13 Parametry wpływające na produkcję energii elektrycznej w elektrowni wiatrowej 1 2 s t 0 C e A ( t) h h 0 V 0 ( t) 3 dt dla V V a, V b E R s t P max dt dla V V b, V c [MWh] 0 0 dla V 0, V a V c, gdzie: Pmax, Ce, A - parametry techniczne turbozespołu wiatrowego, V, V0 Va, Vb, Vc - charakterystyczne prędkości wiatru, ρ - gęstość powietrza atmosferycznego, h, h0 - wysokości masztów, α - wykładnik potęgowy zależny od klasy szorstkości terenu, s - współczynnik strat, t - czas pracy turbozespołu wiatrowego.

wiatrowego, V, V0 Va, Vb, Vc - charakterystyczne prędkości wiatru, ρ - gęstość powietrza atmosferycznego, h, h0 - wysokości

14 Pomiar prędkości wiatru

15 V [m/s] V [m/s] Prędkość wiatru na różnych wysokościach nr pomiaru Średnia prędkość wiatru dla badanej lokalizacji: na wysokości 20 m: Vśr= 0,79 m/s, na wysokości 30 m: Vśr= 1,99 m/s, na wysokości 40 m: Vśr= 2,21 m/s.

16 Nowoczesne pomiary prędkości wiatru Lidar Windcube

17 Nowoczesne przykłady rozwiązań konstrukcyjnych turbin wiatrowych małej mocy Mała turbina wiatrowa 15 kw z dyfuzorem: SWT-15 firmy SYLWAN.

18 Nowoczesne przykłady rozwiązań konstrukcyjnych turbin wiatrowych małej mocy Mała turbina wiatrowa 4 kw o pionowej osi obrotu: Aerocopter 1350 firmy ARTBAU WIND.

19 Nowoczesne przykłady rozwiązań konstrukcyjnych turbin wiatrowych małej mocy Cechy turbiny typu Swift: Małe gabaryty nie wymagające kosztownych konstrukcji nośnych 5 śmigieł umieszczonych w pierścieniu Małe wibracje i niski szum Części ruchome wykonane z włókien węglowych wzmacnianych rdzeniem kevlarowym Prędkość startowa to 3,58 m/s, a prędkość graniczna aż 64,8 m/s Czas życia : 20 lat Turbina wiatrowa typu Swift szkockiej firmy Renewable Devices Swift Turbines Ltd o mocy od 1 kw do 1,5 kw.

wykonane z włókien węglowych wzmacnianych rdzeniem kevlarowym Prędkość startowa to 3,58 m/s, a prędkość graniczna aż 64,8

20 Nowoczesne przykłady rozwiązań konstrukcyjnych turbin wiatrowych małej mocy Turbina Energy Ball Wind Turbine zaproponowana przez firmę Home Energy o mocy 2,25 kw.

21 Nowoczesne przykłady rozwiązań konstrukcyjnych turbin wiatrowych małej mocy Cechy turbiny Airdolphin GTO: Moc zainstalowana 1 kw, Masa jedynie 20 kg! Średnica wirnika 1,8 m, Obroty maksymalne 1280 rpm, Prędkość startowa to 2,5 m/s, Ruchomy ogon stabilizujący. Mała turbina wiatrowa 1 kw: Airdolphin GTO japońskiej firmy Zephyr Corporation.

22 Koncepcje zastosowań turbin wiatrowych małej mocy Instalacje mikrowiatraków z możliwością akumulacji energii: Produkcja oraz sprzedaż energii elektrycznej, Wykorzystanie energii w układach podgrzewania wody, Praca wyspowa- zasilanie obiektu wraz z akumulacją w bateriach akumulatorów, Praca wyspowa- zasilanie obiektu wraz z akumulacją i wykorzystaniem energii w samochodzie elektrycznym. Układy hybrydowe: Mikrowiatrak i panele fotowoltaiczne, Współpraca z pompą ciepła. Synergia energii odnawialnych: Optymalizacja współpracy: mikrowiatrak, panele fotowoltaiczne, pompa ciepła, sprzedaż energii, akumulacja energii w samochodzie elektrycznym.

23 Opłacalność zastosowania turbin wiatrowych małej mocy Kiedy taka inwestycja się zwróci? Źródło: Instytut Energetyki Odnawialnej

24 Dynamiczne metody oceny efektywności inwestycyjnej Wartość zaktualizowana netto Wewnętrzna stopa zwrotu NPV NCF PV ( i i IRR i ) ( PV NV t n t t t 0 1 i) NCFt - przepływ pieniężny w roku t, i - stopa dyskontowa, t - kolejny rok działalności, n - analizowany horyzont czasowy. i1 - niższa stopa dyskonta, przy której NPV>0, i2 - wyższa stopa dyskonta, przy której NPV<0, PV - dodatnia wartość NPV odpowiadająca i1, NV - ujemna wartość NPV odpowiadająca i2.

25 Oprogramowanie do analizy efektywności turbin wiatrowych

26 Oprogramowanie do analizy efektywności małych turbin wiatrowych Obecnie na rynku występuje brak oprogramowania do analizy efektywności małych turbin wiatrowych. System komputerowy tego typu powinien zawierać: Bazę danych producentów, Bazę danych dostępnych modeli wraz z parametrami technicznym, krzywą mocy oraz aktualnymi cenami, itp., Możliwość prognozowania potencjalnej produkcji energii elektrycznej na podstawie pomiarów środowiskowych, Możliwość dokonania analiz w postaci wyznaczania wskaźników efektywności ekonomicznej: statycznych np.: SPBT oraz dynamicznych np.: NPV i IRR, Możliwość dokonania analizy ryzyka inwestycyjnego, W dalszej perspektywie analizy rozwiązań hybrydowych bądź mieszanych.

27 Prognozy Prognoza średnich cen energii elektrycznej na rynku konkurencyjnym w latach przedstawiona przez Ministerstwo Gospodarki. Źródło: Raport Energia Odnawialna w Polsce Na koniec roku 2012 na świecie zainstalowano ponad 650 tys. małych turbin wiatrowych o łącznej mocy ponad 440 MW. Według World Wind Energy Association w roku 2020 na świecie będzie zainstalowanych 3800 MW mocy w małych turbinach wiatrowych.

28 Podsumowanie Obecnie na świecie obserwujemy dynamiczny rozwój małej energetyki wiatrowej, Polskie firmy sektora MEW są najczęściej mikroprzedsiębiorstwami z niewielkim doświadczeniem, Prognozy ponadinflacyjnego wzrostu cen energii oraz propozycje zmiany ustawy o OZE promującej mikroźródła, a także wzrost zainteresowania na rynku energetyki prosumenckiej mogą przyczynić się do bardzo dynamicznego rozwoju MEW w Polsce w najbliższym czasie, Obecnie istnieje brak dedykowanego oprogramowania zawierającego bazę danych producentów i modeli mikrowiatraków, umożliwiającego wykonanie analizy efektywności ekonomicznej dla MEW, Układy hybrydowe lub synergiczne (w tym nowoczesne metody magazynowania energii) mogą zwiększyć opłacalność inwestycji oraz poprawić bezpieczeństwo energetyczne.

29 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ

Podobne dokumenty

PRODUKCJA ENERGII ELEKTRYCZNEJ W ELEKTROWNI WIATROWEJ W ZALEŻNOŚCI OD POTENCJAŁU WIATRU NA RÓZNYCH WYSOKOŚCIACH

PRODUKCJA ENERGII ELEKTRYCZNEJ W ELEKTROWNI WIATROWEJ W ZALEŻNOŚCI OD POTENCJAŁU WIATRU NA RÓZNYCH WYSOKOŚCIACH Wojciech RADZIEWICZ Streszczenie: Prędkość wiatru ma kluczowe znaczenie dla podejmowania