Odnawialne źródła energii. Siła wiatru

Transkrypt

1 Odnawialne źródła energii. Siła wiatru Energia wiatru wraz z energią płynącej wody była przez wiele wieków obok siły hodowanych zwierząt podstawowym źródłem energii wykorzystywanym przez człowieka do różnych prac. Nikt wtedy jeszcze nie rozważał energii wiatru i wody w kategoriach energii odnawialnych, po prostu były to jedyne łatwo i powszechnie dostępne źródła energii, dające się przekształcić w prosty sposób w energię mechaniczną służącą do wykonywania różnych prac. Pierwsze wzmianki o wiatrakach znajdują się już w Kodeksie Hammu-rabiego. Wiatraki te służyły do pompowania wody i melioracji pól, a ich oś obrotu była pionowa. Przez ponad 2500 lat wiatraki miały pionową oś obrotu, dopiero w 1105 roku powstał pierwszy opis wiatraka o poziomej osi obrotu. Z kolei pierwszym zapisem dotyczącym wiatraków na ziemiach polskich jest zezwolenie na jego budowę wydane zakonnikom z Białego Buku przez księcia Wisława z Rugii w 1271 roku. Dopiero wynalezienie na przełomie XVII i XVIII wieku maszyny parowej przez Thomasa Newco-mena oraz jej udoskonalenie przez Ja-mesa Watta zapoczątkowało odejście tych tradycyjnych źródeł energii do lamusa. Ostateczny cios zadało im pojawienie się elektryczności i napędzanych przez nią silników elektrycznych. Przetrwały jedynie nieliczne konstrukcje siłowni wiatrowych wykorzystywane np. do pompowania wody na oddalonych od cywilizacji terenach. Zapotrzebowanie na EO W ostatnich latach notuje się ponownie coraz większe zainteresowanie zarówno małych, jak i dużych inwestorów energetyką wiatrową. Z jednej strony jest to związane z coraz szerszym myśleniem o ekologii i ochronie środowiska, z drugiej strony z ekonomiką i dostępem do darmowego źródła energii, jakim jest wiatr. Praktycznie większość obecnie budowanych siłowni wiatrowych służy wytwarzaniu energii elektrycznej wykorzystywanej na własne potrzeby lub odsprzedawanej dystrybutorom energii elektrycznej jako energia zielona". Jest to tym bardziej opłacalne, że zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 r. dystrybutorzy energii elektrycznej powinni zapewnić udział energii odnawialnej w całości energii dostarczanej odbiorcom na poziomie nie mniejszym niż (w poszczególnych latach): 7,0% - w 2008 r. 8,7% - w 2009 r. 10,4%-w 2010 r. 10,4%-w 2011 r. 10,4%-w 2012 r. 10,9%-w 2013 r. 11,4%-w 2014 r. 11,9%-w 2015 r. 12,4%-w 2016 r. 12,9%-w 2017 r. Ze względu na ograniczone zasoby energii możliwej do pozyskania z elektrowni wodnych alternatywą pozostaje energia uzyskiwana z farm wiatrowych, przez co jej cena w dużej mierze podyktowana jest przewagą popytu nad podażą (na obecny moment). Rodzaje Ze względu na konstrukcję dzielimy elektrownie wiatrowe na elektrownie o pionowej osi obrotu oraz

2 o poziomej osi obrotu. Większość współcześnie konstruowanych i budowanych elektrowni wiatrowych wykorzystuje układ o poziomej osi obrotu, gdy turbina wyposażona w wielołopatkowe (najczęściej trzyło-patkowe) śmigło wraz z gondolą zawierającą przekładnię mechaniczną i generator elektryczny jest umieszczona na wysokim maszcie pozwalającym wynieść turbinę wysoko ponad okoliczne przeszkody tłumiące siłę wiatru. Łopaty wirnika są wykonane z kompozytów epoksydowo-szkla-nych w postaci starannie obliczonych profili aerodynamicznych. Jako ciekawostkę można tutaj przedstawić elektrownię wiatrową o mocy 1 MW zbudowaną w miejscowości Pagórki k. Elbląga (fot.). W miejsce klasycznych łopat zastosowano tam łopaty w kształcie walców, którym ruch obrotowy nadają oddzielne silniki. Wykorzystano w ten sposób tzw. zjawisko Magnusa, notabene wykorzystywane też przez piłkarzy podkręcających wykopywaną piłkę, umożliwiając jej dłuższy lot. Elektrownie wiatrowe o pionowej osi obrotu to najczęściej małe konstrukcje przeznaczone do umieszczenia na istniejących konstrukcjach, takich jak dachy domów i wieżowców, aczkolwiek konstruuje się prototypowe jednostki o większych mocach. Ze względu na moc elektrownie wiatrowe można podzielić na mikro, małe i duże. Mikroelektrownie to elektrownie o mocy do ok. 100 watów. Używane są one zazwyczaj jako źródła do ładowania akumulatorów wykorzystywanych na jachtach lub do małych instalacji oświetleniowych, np. w domkach kempingowych. Małe elektrownie wiatrowe to nieco większe urządzenia o mocy do 50 kw Modele z tej grupy mogą zapewnić energię elektryczną w pojedynczych gospodarstwach domowych lub małych firmach. Wymagają one jednak rozbudowanych układów gromadzenia energii (baterii akumulatorów) wraz z odpowiednimi przetwornicami. Wydaje się, że w przypadku elektrowni wykorzystywanych tylko do użytku domowego ekonomicznie uzasadnionym rozwiązaniem będzie elektrownia o mocy 2-5 kwwraz z odpowiednią baterią akumulatorów zasilającą wydzielone obwody oświetleniowe lub grzewcze stałoprądowe. Pozwoli to uniknąć budowy kosztownych układów przetwarzania prądu stałego na prąd zmienny oraz odizoluje naszą sieć od sieci energetyki zawodowej. Interesującym tutaj rozwiązaniem, pozwalającym uniknąć kosztownej eksploatacji baterii akumulatorów i prostowników, do jej ładowania może być zastosowanie energii wiatru do podgrzewania wody w zbiorniku stanowiącym akumulator ciepła. Wykorzystywany on może być do podgrzewania c.w.u. i/lub mieszkania, a w połączeniu z kolektorami słonecznymi tworzy to układ wzajemnie uzupełniających się źródeł energii, gdyż przeważnie w okresie braku nasłonecznienia następuje pogorszenie pogody i związany z tym wzrost siły wiejących wiatrów. Należy tutaj również wyjaśnić, że gdy podajemy moc elektrowni wiatrowej, jest to tak zwana moc maksymalna (zainstalowana), która będzie oddawana przy określonych optymalnych prędkościach wiatru. W rzeczywistości dobrze dobrana i usytuowana elektrownia wiatrowa jest w stanie wytworzyć w ciągu roku pracy taką ilość energii, jaka odpowiada ok % iloczynu jej mocy zainstalowanej oraz czasu pracy w trakcie tego roku (uwzględniając postoje i ewentualne remonty). W przypadku elektrowni wiatrowej o mocy 3 kw dałoby to ok. 3 kwx 15% x 365 dni x 24 h = 3942 kwh energii elektrycznej. Duże elektrownie wiatrowe o mocach powyżej 200 kw stosowane są przede wszystkim komercyjnie,

3 do produkcji prądu elektrycznego odsprzedawanego do sieci elektroenergetycznej. Zęby czerpać korzyści z posiadania farmy wiatrowej, trzeba podłączyć ją do sieci energetycznej. Jest to trudne technicznie i może trwać dość długo. Przyłączanie nowych źródeł energii do sieci zależy od wielu czynników. Przyłączanie Podstawowym parametrem przy wydawaniu warunków przyłączenia jest moc. Od tego zależy, czy źródło będzie przyłączone do sieci średniego napięcia (15 kv) czy wysokiego napięcia (110 kv). Elektrowni wiatrowych nie przyłącza się do sieci niskiego napięcia. W obu przypadkach jest to sieć dystrybucyjna, zarządzana przez lokalnego operatora. Źródła o mocy do 2 MW można podłączać do sieci średniego napięcia. Większe trzeba łączyć z siecią 110 kv W przypadku elektrowni wiatrowych o mocy 250 kw (których coraz większa ilość pojawia się w Polsce jako efekt indywidualnego importu używanych elektrowni wiatrowych z Niemiec) do sieci 15 kv można przyłączyć nawet małą farmę złożoną z ośmiu wiatraków. W przypadku bardzo dużych farm wiatrowych przyłączane są one bezpośrednio do sieci przesyłowej obsługiwanej przez PSE-Operator. Zęby przyłączyć elektrownię wiatrową, inwestor musi złożyć wniosek o warunki przyłączenia do sieci, w którym określa się lokalizację i parametry techniczne planowanej elektrowni. W odpowiedzi na wniosek o przyłączenie elektrowni wiatrowej operator systemu dystrybucyjnego przesyła inwestorowi założenia do wykonania ekspertyzy oddziaływania na krajowy system elektroenergetyczny. Te założenia są konsultowane również z operatorem sieci przesyłowej. Po opracowaniu ekspertyzy inwestor dołącza ją do wniosku o warunki przyłączenia. Dopiero na tej podstawie opracowywana jest umowa przyłączeniowa. W przypadku małych źródeł (do 2 MW) nie robi się ekspertyz oddziaływania na krajowy system elektroenergetyczny. Warunki przyłączenia określają też miejsce, w którym inwestor może przyłączyć elektrownię wiatrową lub farmę złożoną z kilkunastu elektrowni. Często wymaga to budowy lub przebudowy przez inwestora linii elektroenergetycznej o długości kilku - kilkunastu kilometrów, ponieważ tereny, gdzie buduje się elektrownie wiatrowe, są zazwyczaj oddalone od sieci przesyłowych o odpowiednich parametrach umożliwiających przesłanie wyprodukowanej energii elektrycznej. Z budową linii napowietrznych wiąże się wiele problemów natury wykonawczo-prawnej, zwłaszcza uzyskanie zgody właścicieli terenów leżących na jej trasie. Każda elektrownia wiatrowa, niezależnie od mocy, która ma być trwale związana z gruntem (ma posiadać fundament), zgodnie z art. 3 pkt. 3 Prawa budowlanego jest uważana za obiekt budowlany i podlega wszelkim przepisom prawa budowlanego, w tym konieczności uzyskania pozwolenia na budowę. W przypadku elektrowni, których maszt nie jest trwale związany z gruntem, wszystko zależy od interpretacji urzędników. Interpretacja przepisów leży po stronie urzędów i może się zdarzyć, iż będzie ona korzystna dla osoby starającej się zdobyć pozwolenie na budowę na przykład poprzez zgłoszenie do urzędu zamiaru wzniesienia masztu. Jeśli właściwy organ w ciągu 30 dni nie wniesie sprzeciwu, nawiązując do art. 30 pkt. 6.1 wspomnianej ustawy, to można zabierać się do roboty.

4 Koncesje i zezwolenia Przy produkcji energii elektrycznej na własny użytek nie są wymagane koncesje czy zezwolenia ze strony zakładu energetycznego. Ważne jedynie jest, aby nie było połączenia pomiędzy wewnętrzną siecią elektryczną zasilaną z elektrowni wiatrowej a siecią zewnętrzną. Obie sieci muszą być koniecznie odizolowane zarówno dla przewodów fazowych, jak i zerowych. Aby można było sprzedawać nadwyżki energii do sieci elektroenergetycznej, zgodnie z przepisami obowiązującymi od 1 maja 2004 r. (ustawa Prawo energetyczne i ustawa Prawo ochrony środowiska), trzeba uzyskać od Urzędu Regulacji Energetyki specjalne zezwolenie (koncesję) na prowadzenie takiej działalności gospodarczej i zarejestrować tę działalność w stosownym urzędzie (np. miejskim, gminy lub innym). Należy też podpisać umowę na sprzedaż energii elektrycznej ze spółką dystrybucyjną. Dlatego też zanim podejmiemy decyzję o inwestycji w energetykę wiatrową, należy rozważyć wszystkie za i przeciw oraz zorientować się, czy w przypadku, gdy nawet posiadamy teren, na którym moglibyśmy zlokalizować farmę wiatrową, będą istniały warunki podłączenia jej do sieci elektrycznej o odpowiednich parametrach, umożliwiającej sprzedaż wyprodukowanej energii.

5 Jarosław Pomirski