Energetyka mikrowiatrowa oraz wiatrowa, dyrektywa 2009/28/WE BŹ ilab EPRO 3.10

Energetyka mikrowiatrowa oraz wiatrowa, dyrektywa 29/28/WE BŹ ilab EPRO 3.1 Politechnika Śląska Prowadzący: Opracował: Kierunek studiów: Rodzaj studiów: Przedmiot: prof. dr hab. inż. Jan Popczyk inż. Mateusz Jędrzejczyk Elektrotechnika II stopnia Zarządzanie i organizacja w EE Gliwice, 214

Spis treści 1. WSTĘP... 3 1.1.Cel raportu... 3 1.2. Motywacja... 3 1.3. Uwarunkowania wykorzystania energetyki wiatrowej... 3 2. POTENCJAŁ ENERGETYKI WIATROWEJ W POLSCE... 4 2.1. Charakterystyka warunków wiatrowych na terenie Polski... 4 2.2. Charakterystyka pracy turbin wiatrowych... 6 2.2.1. Pomiary prędkości wiatru... 7 2.3. Produkcja energii elektrycznej z wykorzystaniem turbin wiatrowych... 9 2.4. Wiatrowe doby referencyjne... 15 2.5. Rozwój energetyki wiatrowej w Polsce... 18 2.6. Prognozy wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną w KSE... 19 3. TURBINY MAŁEJ MOCY - PRZYKŁADOWE ZASTOSOWANIE... 23 3.1. Szacunkowy rozwój MEW... 25 3.1.1.MEW w 215 roku... 29 3.1.2. MEW w 22 roku... 34 4. PODSUMOWANIE... 38 LITERATURA... 39 2

1. Wstęp 1.1.Cel raportu Raport ma na celu analizę energetyki wiatrowej i mikrowiatrowej. W niniejszym opracowaniu zostaną omówione zagadnienia związane z wykorzystaniem wiatru do produkcji energii elektrycznej na terenie Polski. Zostanie przedstawione obecny stan energetyki wiatrowej oraz perspektywy jej rozwoju. W raporcie zostanie podjęta próba zniwelowania deficytu mocy powstałego w latach 215-22 przez turbiny wiatrowe dużej mocy. Zostanie poruszony również temat wykorzystania mikrowiatraków. 1.2. Motywacja Motywacją do powstania poniższego raportu są zagadnienia zamieszczone w dyrektywie 29/28/WE oraz w dyrektywie 21/75. Pierwsza z wymienionych dyrektyw zatwierdzona w dniu 23 kwietnia 29r. odnosi się do promowania stosowania energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii (OZE). Natomiast dyrektywa 21/75 dotyczy konieczności wycofania części bloków węglowych, co może to doporowadzić do powstania deficytu mocy w latach 215-22. Według bilansu wycofywanych z eksploatacji bloków energetycznych oraz budowy nowych szacowany deficyt mocy dyspozycyjnej w szczycie zapotrzebowania wynosi [1]: dla szczytu zimowego od ok. 95 MW w 215 r., do ok. 8 MW w roku 216 oraz do ok. 11 MW w 217 r., dla szczytu letniego od ok. 52 MW w 216 r., poprzez ok. 68 MW w 217 r., do ok. 3 MW w 218 r. Ze względu na długi czas budowy dużych jednostek wytwórczych w perspektywie roku 215 konieczne jest inwestowanie w OZE. 1.3. Uwarunkowania wykorzystania energetyki wiatrowej Wykorzystanie energetyki wiatrowej do produkcji energii elektrycznej stawia wiele wyzwań przed całą energetyką. Farmy wiatrowe są źródłami pracującymi bardzo niestabilnie ze względu na zróżnicowany charakter wiatru. Rozwój elektrowni wiatrowych na terenie Polski stwarza nowe uwarunkowania w kształtowaniu sieci a zwłaszcza powiązań obszarów ich lokalizacji poprzez sieci ze źródłami systemowymi. Kolejnym wymogiem rozwoju energetyki wiatrowej jest kształtowanie rezerw w konwencjonalnych źródłach systemowych, które muszą zapewnić pokrycie zapotrzebowania na energię elektryczną w przypadku braku generacji ze strony FW. W celu realizacji założeń pakietu klimatycznego 3x2, udział zużycia energii elektrycznej wytworzonej w OZE spowoduje konieczność ich przyłączenia do sieci przesyłowej oraz sieci dystybucyjnej. Wyżej wymienione warunki powinny być spełniane przy prognozowaniu krajowym zużyciu energii elektrycznej oraz prognozowaniu średnim czasie pracy FW w ciągu roku.[1] Ochrona środowiska jest kolejną barierą do pokonania w celu efektywnego wykorzystania energetyki wiatrowej, bowiem wykorzystanie energetyki wiatrowej pociąga za sobą pewne niedogodności także i w tym zakresie. Podstawową barierą jest poziom emitowanego hałasu, monotonność emitowanego hałasu oraz wpływ na psychikę człowieka. Dlatego w promieniu 5 m od masztu turbiny wiatrowej powinna być wydzielona strefa ochronna. Ponadto, do barier związanych z ochroną środowiska należy zaburzenie krajobrazu spowodowane dużymi gabarytami turbin wiatrowych.[13] 3

Rodzaj źródła OZE Elektrownie wiatrowe Rodzaj źródła OZE Elektrownie wiatrowe 2. Potencjał energetyki wiatrowej w Polsce Duża liczba firm inwestująca w energetykę wiatrową na terenie Polski spowodowała dynamiczny rozwój Odnawialnych Źródeł Energii w zakresie prdukcji energii elektrycznej z wiatru. Na podstawie danych z Urzędu Regulacji Energetyki (URE), w Polsce w ostatnich trzech latach przybyło 1464,5 MW mocy zainstalowanej. Do 31 marca 213 roku przybyło 148,15 MW mocy zainstalowanej.[1] Energetyka wiatrowa stanowi obecnie 57,6% mocy zainstalowanej wykluczając technologie współspalania wszystkich źródeł energii elektrycznej o pochodzeniu odnawialnym. Na pierwszym miejscu wśród odnawialnych źródeł energii znalazła się elektrownie wiatrowe już w 29 roku. Tab.2.1. Moc zainstalowana (w MW) stan na 31.3.213 r. Ilość MW 26 r. 27 r. 28 r. 29 r. 21 r. 211 r. 212 r. 213 r. 152,56 287,99 451,9 724,657 118,272 1616,361 2496,748 2644, 898 Tab.2.2. Produkcja energii elektrycznej (w MWh) stan na 31.3.213 r. Ilość TWh 26 r. 27 r. 28 r. 29 r. 21 r. 211 r. 212 r. 213 r.,26,47,8 1 1,8 3,1 4,5,45 2.1. Charakterystyka warunków wiatrowych na terenie Polski Na podstawie wieloletnich obserwacji prowadzonych w profesjonalnych stacjach meteorologicznych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW), w zakresie obserwacji kierunkowych i prędkościowych wiatru stwierdzono bardzo dużą możliwość rozwoju energetyki w sektorze wiatrowym.[2] Najbardziej korzystnymi rejonami w Polsce pod względem zasobów wiatru są: Najbardziej wysunięte na północ części wybrzeża od Koszalina po Hel, Suwalszczyzna Środkowa część Wielkopolski i Mazowsza, Beskid Śląski i Żywiecki. Rozkład prędkości wiatru zależy od lokalnych warunków topograficznych. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej podzielił obszar Polski na pięć stref wietrznych zobrazowanych na rys. 2.1. i 2.2. Strefa I wybitnie korzystna Strefa II bardzo korzystna Strefa III - korzystna 4

Strefa IV - mało korzystna Strefa V niekorzystna Rys. 2.1. Strefy wietrzne na terenie Polski Rys. 2.2. Średnie prędkości wiatru, okres obserwacji 2-28 5

2.2. Charakterystyka pracy turbin wiatrowych Działanie turbin wiatrowych opiera się na wykorzystaniu energii kinetycznej wiatru i na jej zamianie w energię mechaniczną. W generatorze natomiast następuje jej przemiana w energię elektryczną. Obecnie w turbinach wiatrowych stosuje się dwa rodzaje generatorów: synchroniczne i asynchroniczne. Znając wartość prędkości wiatru oraz gęstość powietrza można wyznaczyć energię kinetyczną strugi wiatru napływającą na wirnik turbiny.[3] Dzięki energii kinetycznej można określić moc tej strugi przepływającą przez powierzchnię zataczania łopat elektrowni wiatrowej wg zależoności: (2.1) gdzie: S w powierzchnia zataczana łopatami wirnika (w m 2 ), w prędkość wiatru (w m/s), c p sprawność aerodynamiczna turbiny (współczynnik wydajności turbiny), największa teoretyczna wartość sprawności aerodynamicznej turbiny wynosi,687, η m sprawność mechaniczna (wał generatora, przekładnia oborów, itp.), η g sprawność elektryczna generatora. Cechą charakterystyczną pracy turbiny wiatrowej jest brak możliwości wykorzystania całej mocy strugi wiatru. Dzięję się tak, ponieważ wiatr wiejący z pewną prędkością po przejściu przez wirnik turbiny malałby do zero. Wyznacznikiem pracy turbiny wiatrowej jest jej charakterystyka mocy, która przedstawia zależność mocy generowanej przez turbinę wiatrową od chwilowej wartości prędkości wiatru. Charakterytstyka mocy jest uzależniona od konstrukcji turbiny, rodzaju zastosowanej mechaniki oraz systemów sterowania. Dodatkowo charakterystyka mocy każdej elektrowni waitrowej jest określana przez następujące parametry: P n moc zainstalowana, V r prędkość rozruchowa (<3 m/s), V n prędkość osiągnięcia mocy znamionowej (13-25 m/s), V w prędkość wyłączenia (<25 m/s). Moc osiągana przez turbinę wiatrową zmienia się w zależności między prędkością wiatru rozruchową a prędkością wiatru znamionową. Po przekroczeniu prędkości wiatru wyłączeniowej ze względu bezpieczeństwa (zagrożenia mechaniczne konstrukcji) turbina wiatrowa zostaje wyłączona.[4] Przykładowe charakterystki mocy zostały przedstawione na rysunkach rys. 2.3. Pierwszy z wymienionych rysunków dotyczy turbiny wiatrowej Vestas 112 o średnicy łopat wirnika 56,5 m i mocy 3 MW oraz turbiny wiatrowej Vestas 9 o średnicy łopat wirnika 36 m i mocy 3 MW. 6

Rys. 2.3. Moc generowana w zależności od średnicy wirnika i prędkości wiatru 2.2.1. Pomiary prędkości wiatru Występowanie wiatru ma charakter stochastyczny. Prędkość wiatru natomiast w dużej mierze zależy od ukształtowania terenu (szorstkości) oraz od wysokości nad powierzchnią tego terenu. Najważniejszym elementem w budowie farm wiatrowych jest ich lokalizacja. W celu odpowiedniego usytuowania elektrowni wiatrowych niezbędnym elementem jest pomiar prędkości wiatru na wybranym obszarze. Pomiar prędkości wiatru oraz jego parametrów ma na celu pozyskanie danych, które uwzględnią zmienność parametrów w zależności od pór roku. Najczęściej obserwacje tego parametru trwają rok. Urządzeniem do pomiaru prędkości wiatru jest maszt pomiarowy. Lokalizacja masztu pomiarowego nie powinna przekraczać 1 km od planowej lokalizacji turbiny wiatrowej. Ze względu na duże możliwości techniczne, w dzisiejszych czasach aparaturę pomiarową instaluje się na różnych wysokościach, najczęściej od 2 m nawet do 125 m. Montaż aparatury pomiarowej do masztu musi być przeprowadzony zgodnie z normami określonymi przez International Energy Agency (IEA) oraz International Electrotechnical Commission (IEC).[5] W niniejszym raporcie wykorzystano dane dotyczące warunków wietrznych z wybranych obszarów zostały pobrane z oficjalnej strony Ministerstwa Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej. Zgodnie z wytycznymi Światowej Organizacji Meteorologicznej (WMO) stacje meteorologiczne dokonujące pomiaru prędkości wiatru, standardowo znajdują się na wysokości ok. 1 m nad poziomem gruntu.[14] Dlatego też, dane dotyczące prędkości wiatru należy przeliczyć zgodnie ze wzorem podanym niżej. 7

gdzie: - prędkość wiatru obliczona na wysokości h, - prędkość wiatru zmierzona na wysokości h, - wysokość usytuowania wiatromierza dla pomiarów prędkości wiatru, - wysokość, dla której oblicza się prędkość wiatru, - wykładnik potęgowy zależny od klasy szorstkości terenu, określony na drodze doświadczalnej. (2.2) W raporcie przyjęto, że wartość wykładnika potęgowego zależnego od klasy szorstkości terenu wynosi =,27. Co oznacza 4 klasę szorstkości terenu oraz teren z licznymi przeszkodami w niedużej odległości od siebie tj. skupiska drzew, budynków w odległości min. 3 m od miejsca obserwacji.[15] Rys. 2.4. Poglądowy schemat pomiaru, zapisywania, przesyłania i pobierania danych prędkości wiatru W celu uwiarygodnienia pomiarów muszą one zachować ciągłość w całym okresie badań. Niezbędny do tego jest regularne serwisowanie. serwis prewencyjny (jest realizowany cyklicznie, co kwartał, albo dwa razy w roku i polega na regulacji naciągu lin odciągowych, kontrolę zabezpieczeń mocowania lin przy kotwach, sprawdzaniu funkcjonowania urządzeń pomiarowych, wykonaniu pomiarów ustawień instrumentów pomiarowych); serwis awaryjny (polega na natychmiastowym usuwaniu wykrytej usterki na maszcie pomiarowym); 8

serwis wysokościowy (jest stosowany w celu usunięcia usterek instrumentów zainstalowanych na maszcie, bez konieczności składania masztu). Konieczność cotygodniowej kontroli zapewnia poprawność zapisów danych oraz ewentualne wykrycie błędów pomiarowych.[6] Owe błędy mogą być spowodowane: rozbieżnościami w zapisie kierunku wiatru pomiędzy dwoma czujnikami kierunku, przerwami w zapisie danych, oblodzeniami czujników pojedynczych, zawyżonymi wskazaniami anemometrowymi, tzw. pikami. 2.3. Produkcja energii elektrycznej z wykorzystaniem turbin wiatrowych Produkcja energii elektrycznej w elektrowniach wiatrowych jest uzależniona od kilku ważnych czynników. Największy wpływ na ilość wyprodukowanej energii elektrycznej w turbinach wiatrowych mają panujące warunki atmosferyczne, głównie prędkość wiatru. Prędkość wiatru jest uzależniona od wysokości usytuowania gondoli oraz całego turbozespołu wiatrowego. Kolejnymi z kluczowych parametrów wpływających na proces produkcji energii elektrycznej są konstrukcja wirnika, powierzchnia omiatana łopatami wirnika oraz sprawności mechaniczne i elektryczne wirnika. W niniejszym raporcie została przedstawiona próba oszacowania mocy osiąganej przez turbiny wiatrowe usytuowane w poszczególnych miejscach województwa śląskiego i okolic m.in.: Bielsko-Biała Częstochowa Katowice Opole Racibórz Do analizy przyjęto jedną turbinę zlokalizowaną w powyżej wymienionych miejscowościach. Analizowana turbina typy Vestas 112 o mocy znamionowej P n =3 MW, wysokość masztu 1 m, średnicy łopat wirnika 56,5 m. Dane dotyczące warunków wietrznych z wybranych obszarów zostały pobrane z oficjalnej strony Ministerstwa Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej. Dane dotyczą typowych lat meteorologicznych, opracowane na podstawie 3-letnich ciągów pomiarowych. Dane odnoszące się do prędkości wiatru są mierzone przez lokalne stacje meteorologiczne. Pomiar odbywa się co godzinę przez 876 godzin w ciągu roku. 9

Fragment danych źródłowych N M D H WS Tab. 2.1. 1 1 1 6. 2 1 1 1 6. 3 1 1 2 7. 4 1 1 3 8. 5 1 1 4 8. 93 2 7 14 6. 94 2 7 15 6. 95 2 7 16 6. 96 2 7 17 7. 8722 12 3 9 5. 8723 12 3 1 4. 8724 12 3 11 4. 8725 12 3 12 4. 8726 12 3 13 4. 8727 12 3 14 4. gdzie: N godzina roku, M miesiąc, D dzien tygodnia, H godzina doby (-24 h), WS prędkość wiatru. Powodem przeprowadzenia poniższej analizy jest nasilenie restrykcji w regulacjach dotyczących standardów emisji zanieczyszczeń do środowiska w sektorze wytwarzania ennergii elektrycznej. System handlu uprawnieniami do emisji CO 2 jest głównym powodem bezpośredniego wycofania węglowych bloków elektroenergetycznych i inwestowania w OZE z wyszczególnieniem energetyki wiatrowej. Ze względu na brak istotnych inwestycji w duże jednostki wytwórcze w najbliższych latach obserwuje się obniżenie mocy dyspozycyjnej w Krajowym Systeme Elektroenergetycznym (KSE). Jednoczesny rozwój cywilizacyjny przyczynił się do wzrostu szczytowego zapotrzebowania na moc. Szacuje się wystąpienie deficytu mocy w szczycie zimowym i letnim w latach 215-217.[8] W takim krótkim czasie polska energetyka nie jest wstanie wybudować dużych jednostek wytórczych, które wspomogłyby w zniwelowaniu powstałego deficytu mocy. Dlatego też inwestycja w odnawialne źródła energii jest jednym z kilku wariantów umożliwiających rozwiązanie omawianego problemu. Szacuje się, że największe zapotrzebowanie na moc występuje w okresie zimowym w środy. Rys. 2.5 i 2.7 przedstawiają moc osiąganą przez turbiny wiatrowe zlokalizowane na rozpatrywanych obszarach. Do wykreślenia przebiegu mocy poza danymi związanymi z prędkością wiatru wykorzystano zależność (2.1). Przebiegi rys. 2.6 i 2.8 obrazują zapotrzebowanie na moc w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym w dniach 4 i 18 stycznia 212 roku, zestwione z łączną mocą osiąganą przez turbiny wiatrowe w badanych dniach w pięciu miejscowościach. 1

Moc KSE (MW) suma mocy generowanej przez TW (MW) Moc TW (MW) moc generowana przez TW-B.Biała moc generowana przez TW-Katowicach moc generowana przez TW - Racibórz moc generowana przez TW-Częstochowie moc generowana przez TW-Opole 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 Rys. 2.5. Moc generowana przez TW Vestas 112 w dniu 4.1.212 r. (środa) zapotrzebowanie w KSE suma mocy generowanej przez TW 24 11 23 22 21 2 19 18 17 16 15 1,5 1 9,5 9 8,5 8 7,5 7 Rys. 2.6. Zapotrzebowanie na moc w KSE, suma mocy generowanej przez turbiny wiatrowe w dniu 4.1.212 r. (środa) 11

Moc TW (MW) Moc (MW) zapotrzebowanie w KSE moc generowana przez 5 TW w odniesieniu do 3 MW mocy zainstalowanej profil KSE po odjęciu mocy osiąganej w FW 25 225 2 175 15 125 1 75 5 25 Rys. 2.7. Zapotrzebowanie na moc w KSE, mocy generowanej przez turbiny wiatrowe w odniesieniu do 3 MW mocy zainstalowanej w dniu 4.1.212 r. (środa) moc generowana przez TW-B.Biała moc generowana przez TW-Katowicach moc generowana przez TW - Racibórz moc generowana przez TW-Częstochowie moc generowana przez TW-Opole 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 Rys. 2.8. Moc generowana przez TW Vestas 112 w dniu 18.1.212 r. (środa) 12

Moc KSE (MW) Moc KSE (MW) suma mocy generowanej przez TW (MW) zapotrzebowanie w KSE suma mocy generowanej przez TW 24 12 23 22 21 1 8 2 19 18 17 16 15 6 4 2 Rys. 2.9. Zapotrzebowanie na moc w KSE, suma mocy generowanej przez turbiny wiatrowe w dniu 18.1.212 r. (środa) zapotrzebowanie w KSE moc generowana przez 5 TW w odniesieniu do 3 MW mocy zainstalowanej profil KSE po odjęciu mocy osiąganej w FW 25 225 2 175 15 125 1 75 5 25 Rys. 2.1. Zapotrzebowanie na moc w KSE, mocy generowanej przez turbiny wiatrowe w odniesieniu do 3 MW mocy zainstalowanej w dniu 18.1.212 r. (środa) Duże zróżnicowanie prędkości wiatru w analizowanych miejscowościach wpływa na niestabilną prace turbin wiatrowych. Łączna moc osiągana przez turbiny w dniach 4 i 18 stycznia waha się w granicach 3-7 MW w godzinach 1-18. Najkorzystniejsze warunki w dniu 4 stycznia panowały w miejscowości Racibórz, średnia moc osiągana przez turbinę 13

Moc KSE (MW) suma mocy generowanej przez TW (MW) Moc TW (MW) wiatrową wynosiła ok. 2,9 MW. Natomiast turbina zainstalowana w Częstochowie osiągnęła największa średnia moc w dniu 18 stycznia. moc generowana przez TW-B.Biała moc generowana przez TW-Katowicach moc generowana przez TW - Racibórz moc generowana przez TW-Częstochowie moc generowana przez TW-Opole 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 Rys. 2.11. Moc generowana przez TW Vestas 112 w dniu 24.6.212 r. (niedziela) zapotrzebowanie w KSE suma mocy generowanej przez TW 21 2 19 18 17 16 15 14 13 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 Rys. 2.12. Zapotrzebowanie na moc w KSE, suma mocy generowanej przez turbiny wiatrowe w dniu 24.6.212 r. (niedziela) 14

Moc KSE (MW) zapotrzebowanie w KSE moc generowana przez 5 TW w odniesieniu do 3 MW mocy zainstalowanej profil KSE po odjęciu mocy osiąganej w FW 2 175 15 125 1 75 5 25 Rys. 2.13. Zapotrzebowanie na moc w KSE, mocy generowanej przez turbiny wiatrowe w odniesieniu do 3 MW mocy zainstalowanej w dniu 24.6.212 r. (niedziela) Okres letni charakteryzuje się mniejszym zapotrzebowaniem na moc w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym. Na poniższych przebiegach został zestawiony jeden losowo wybrany dzień tego okresu. Rysunek 2.9 przedstawia przebiegi mocy osiąganej przez turbiny wiatrowe zainstalowane w rozpatrywanych miejscowościach. W miejscowościach Bielsku Białej i Częstochowie dnia 24.6.212 panowały najkorzystniejsze warunki wietrzne, co spowodowało osiągniecie największej mocy średniej, kolejno 1,5 MW i 1,1 MW. Maksymalne zapotrzebowanie na moc w KSE wynosiło ok. 2 MW, natomiast średnia moc maksymalna osiągana przez wszystkie turbiny wiatrowe Vestas 112 oscylowała na poziomie ok. 4 MW, co stanowi,2% mocy maksymalnej w KSE. Mała wartość procentowa jest spowodowana prędkościami wiatru w rozpatrywanym dniu. 2.4. Wiatrowe doby referencyjne W tym podrozdziale zostaną zestawione referencyjne doby wiatrowe. Doby będą obejmować moce osiągane przez wszystkie turbiny wiatrowe w KSE. Szacuje się, że w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym pracują farmy wiatrowe o łącznej mocy ok. 3 MW. Referencyjna doba wiatrowa zostanie przedstawiona przy największej i najmniejszej średniej prędkości wiatru w ciągu dnia, dla okresu zimowego (październik marzec) oraz okresu letniego (kwiecień wrzesień). Przebiegi na rysunkach 2.14 i 2.16 obrazują zapotrzebowanie mocy w KSE oraz moce osiągane przez farmy wiatrowe dla okresu zimowego. Przebiegi 2.15 i 2.17 przedstawiają referencyjne doby dla okresu letniego. 15

Moc (MW) Prędkość wiatru (m/s) Moc (MW) Prędkość wiatru (m/s) 25 225 2 175 15 125 1 75 5 25 Moc osiągana przez TW w odniesieniu do 3 MW mocy zainstalowanej Zapotrzebowanie w KSE Prędkość wiatru 4 35 3 25 2 15 1 5 Rys. 2.14. Referencyjna doba wiatrowa o największej średniej prędkości wiatru w ciągu dnia. Okres zimowy 2.2.212 r. (czwartek) Moc osiągana przez TW w odniesieniu do 3 MW mocy zainstalowanej Zapotrzebowanie w KSE Prędkość wiatru 175 15 125 1 75 5 25 4 35 3 25 2 15 1 5 Rys. 2.15. Referencyjna doba wiatrowa o największej średniej prędkości wiatru w ciągu dnia. Okres letni 15.9.212 r. (sobota) 16

Moc (MW) Prędkość wiatru (m/s) Moc (MW) Prędkość wiatru (m/s) Prędkość wiatru w maksymalnej dobie referencyjnej (na wysokości 1 m.n.p.g.) waha się od 13 26 m/s w okresie zimowym, podczas gdy w okresie letnim oscyluje w granicach 9 33 m/s. Duża prędkość wiatru spowodowała wyłączenie turbin wiatrowych z pracy w godzinach 1 16 (okres zimowy), 3-9 (okres letni). Moc osiągana przez TW w odniesieniu do 3 MW mocy zainstalowanej Zapotrzebowanie w KSE profil KSE po odjęciu mocy osiąganej w FW Prędkość wiatru 2 175 15 125 1 75 5 25 4 35 3 25 2 15 1 5 Rys. 2.16. Referencyjna doba wiatrowa o najmniejszej średniej prędkości wiatru w ciągu dnia. Okres zimowy 14.1.212 r. (sobota) Moc osiągana przez TW w odniesieniu do 3 MW mocy zainstalowanej Zapotrzebowanie w KSE profil KSE po odjęciu mocy osiąganej w FW Prędkość wiatru 225 2 175 15 125 1 75 5 25 4 35 3 25 2 15 1 5 Rys. 2.16. Referencyjna doba wiatrowa o najmniejszej średniej prędkości wiatru w ciągu dnia. Okres letni16.6.212 r. (sobota) 17

Niewielkie prędkości wiatru w referencyjnej dobie minimalnej skutkowały niewłączeniem turbin wiatrowych do pracy. Wykres graficzny pracy turbin wiatrowych w okresie zimowym pokazuje, że średnia moc osiągana w ciągu dnia dla okresu zimowego wynosiła 45 MW, co stanowi 15% mocy zainstalowanej. 2.5. Rozwój energetyki wiatrowej w Polsce Z założeń raportu rozwój energetyki wiatrowej w Polsce będzie obejmował najbliższe lata. Plan rozwoju będzie dotyczył roku 215. Obecnie można zauważyć ciągly przyrost farm wiatrowych. Rysunek 2.17 ukazuje rozwój energetyki wiatrowej do 22 r. Odnosząc się do roku 215 obserwujemy, że na obszarze Polski będzie zlokalizowanych 5 elektrowni wiatrowych na lądzie oraz możemy zauważyć stopniowy wzrost małych elektrowni wiatrowych. Największe zasoby wietrzne znajdują się w północnej części Polski ściśle mówiąc na morzu Bałtyckim. Potencjał ten jest jednakże znacznie ograniczony przez uwarunkowania środowiskowe oraz intensywne użytkowanie przestrzeni morskiej na różne cele gospodarcze. Przyczyn nie wykorzystania dużego potencjału wiatru morskiego jest kilka: duża liczebność obszarów szlaków morskich, wykorzystywanie obszaru morskiego na cele militarne, obszary przeznaczone na cele rybołówstwa. Badania podjęte przez Instytut Morski w Gdańsku oszacował powierzchnie obszaru, na której można zlokalizować morskie farmy wiatrowe w wymiarze 359 km 2 co jednoznacznie odpowiada potencjałowi technicznemu 35 GW. Biorąc pod uwagę aspekty ekonomiczne budowy farmy morskiej np. odległość od linii brzegu potencjał ten zmniejsza się do 2 GW. Charakterystyka wzrostu elektrowni wiatrowych w Polsce pokazuje, że inwestycje w farmy wiatrowe na morzu zostaną rozpoczęte dopiero w 218r. Rys. 2.17. Rozwój elektrowni wiatrowych w Polsce do roku 22 18

Na rysunku 2.18 zaprezentowano obszary lokalizacji farm wiatrowych dla roku 215. Schemat sieci przesyłowej pokazany na tych rysunkach odnosi się do stanu sieci na 29 rok. Pokazane na tym schemacie wielkości generacji farm wiatrowych zostały uwzględnione w różnych wariantach w ramach analiz technicznych będących podstawą analityczną planu rozwoju.[1] Wiadomości zaczerpnięte w tej analizie są z marca 21 r. dlatego też część inwestycji z poniższego rysunku została już zrealizowana. Rys. 2.18. Obszar lokalizacji farm wiatrowych do roku 215 2.6. Prognozy wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną w KSE Od roku 21 obserwuje się średnioroczny wzrost zużycia energii elektrycznej w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym. Zjawisko to przyczynia się do zmian w zapotrzebowaniu mocy szczytowej. Dynamika zmian mocy szczytowej w ciągu jednego roku jest bardzo duża. Głównym wyznacznikiem zmian są pory roku. W niniejszym projekcie zostanie pokazany wzrost zapotrzebowania na moc szczytową w latach 215, 217 oraz 22. Przyjęto, że corocznie wzrost ten będzie wynosił 1,5%. Wartość ta jest równoznaczna z założeniami Polityki Energetycznej Polski do roku 23 [1]. Przebiegi zapotrzebowania na moc w KSE przedstawione na rys. 2.19. odwzorowują wcześniej wspomniany średnioroczny wzrost. 19

Zapotrzebowanie mocy w KSE (MW) Zapotrzebowanie mocy w KSE - 213r. Zapotrzebowanie mocy w KSE - 215r. Zapotrzebowanie mocy w KSE - 217r. Zapotrzebowanie mocy w KSE - 22r. 28 26 24 22 2 18 16 Rys. 2.19. Prognozowane zapotrzebowanie mocy w KSE w latach 215, 217 oraz 22 dnia 11.12.213 r. (środa) Zgodnie z wykresem przedstawionym na rysunku 2.17 zakłada się rozbudowę energetyki wiatrowej w Polsce. Od roku 21 obserwuje się jednostajny wzrost mocy zainstalowanej w elektrowniach wiatrowych. Na koniec 22 roku łączna moc zainstalowana w źródłach wiatrowych ma wynosić ok. 11 MW. Szczegółowo analizując przebieg rozwoju energetyki wiatrowej (rys. 2.17) można oszacować, że od 213 roku do 22 roku zostanie zainstalowane 8 MW, co daje średnioroczny przyrost mocy w energetyce wiatrowej ok. 114 MW/rok. Przebiegi poniżej obrazują prognozę zapotrzebowania na moc w KSE w latach 215, 217 oraz 22. Na rysunkach 2.2-22 zostały również naniesione moce osiągane przez turbiny wiatrowe budowane w latach 214-22. 2

Zapotrzebowanie mocy w KSE (MW) Zapotrzebowanie mocy w KSE (MW) Zapotrzebowanie mocy w KSE - 213r. Zapotrzebowanie mocy w KSE - 215r. Moc osiągana w FW zainstalowanych w latach 214-215 Sumaryczna moc osiągana w FW na koniec 215 roku profil KSE w 215r. po odjęciu mocy osiąganej w FW w 215r. 275 25 225 2 175 15 125 1 75 5 25 Rys. 2.2. Zestawienie prognozowanego zapotrzebowania na moc w KSE na rok 215, z mocą osiągana przez farmy wiatrowe zainstalowane do końca 215 roku Zapotrzebowanie mocy w KSE - 213r. Zapotrzebowanie mocy w KSE - 215r. Moc osiągana w FW zainstalowanych w latach 216-217 Sumaryczna moc osiągana w FW na koniec 217 roku profil KSE w 217r. po odjęciu mocy osiąganej w FW w 217r. 275 25 225 2 175 15 125 1 75 5 25 Rys. 2.21. Zestawienie prognozowanego zapotrzebowania na moc w KSE na rok 217, z mocą osiągana przez turbiny wiatrowe zainstalowane do końca 217 roku 21

Zapotrzebowanie mocy w KSE (MW) Zapotrzebowanie mocy w KSE - 213r. Zapotrzebowanie mocy w KSE - 215r. Moc osiągana w FW zainstalowanych w latach 218-22 Sumaryczna moc osiągana w FW na koniec 22 roku profil KSE w 22r. po odjęciu mocy osiąganej w FW w 22r. 3 275 25 225 2 175 15 125 1 75 5 25 Rok Rys. 2.22. Zestawienie prognozowanego zapotrzebowania na moc w KSE na rok 22, z mocą osiągana przez turbiny wiatrowe zainstalowane do końca 22 roku Po odcięciu pasma mocy osiąganych przez turbiny wiatrowe od profilu zapotrzebowania KSE w danym roku ukazane na rys. 2.2-2.22. Można wywnioskować jak może wyglądać profil Krajowego Systemu Elektroenergetycznego w latach 215, 217 i 22 (kolor fioletowy). Moc maksymalna osiągana w TW (MW) Analityczne podsumowanie wykresów 2.2-2.22 Średnia moc osiągana w TW (MW) Energia wygenerowana w TW (GWh) Zapotrzebowanie na energię w KSE (GWh) Pasmo redukcyjne (%) Tab. 2.2. Energia konieczna do wytworzenia w konwencjonalnych źródłach (GWh) 215 3661 3125 75 524,5 14,3 449,5 217 5342 4479 17,5 54,4 19,9 432,9 22 7759 6499 156 565 27,6 49 22

3. Turbiny małej mocy - przykładowe zastosowanie Turbiny małej mocy innymi słowy małe elektrownie wiatrowe (MEW) (ang. small (distributed) wind energy) są to pojedyncze turbiny wiatrowe najczęściej o mocy nieprzekraczającej 1kW. Lokalizacja MEW jest różna, najczęściej są one umieszczane w pobliżu domostw jako alternatywne źródło energii elektrycznej. Małe elektrownie wiatrowe mają także zastosowanie w przemyśle jako np. oświetlenie znaków drogowych, ulic, parkingów czy bilbordów. Małe elektrownie wiatrowe często współpracują w systemach hybrydowych z modułami fotowoltaicznymi lub generatorami dieslowskimi (spalinowymi).[11,12] Diagram przedstawiony na rysunku 2.11. pokazuje największą sprzedaż małych turbin wiatrowych wg mocy znamionowej. Największym zainteresowaniem cięszą się turbiny o mocy do 3 kw. Głównymi odbiorcami omawianych turbin są użytkownicy indywidualni. Turbiny o mocy do 5 kw pracują głównie w systemie autonomicznym z wykorzystaniem akumulatorów lub są przeznaczone do ogrzewania ciepłej wody, co pokazuje diagram na rys. 2.12. Natomiast turbiny większej mocy (powyżej 5 kw) pracują w systemie hybrydowym (MEW+PV), ponieważ magazynowanie energii w akumulatorach elektrochemicznych nie byłoby już opłacalne i zwrot kosztów takiej instalacji by się znacznie wydłużył. Turbiny wiatrowe <1 kw przeznaczone są do pracy z siecią elektroenergetyczną.[11,12] Rys. 3.1. Sprzedaż małych turbin wiatrowych w Polsce wg mocy zainstalowanej 23

Rys.3.2. Sprzedaż małych turbin wiatrowych w Polsce wg zastosowania Poglądowy schemat zainteresowania zakupem turbin wiatrowych o małej mocy przez potencjalnych klientów został przedstawiony poniżej (rys. 2.13). Duże zainteresowanie małymi turbinami wiatrowymi wykazują prywatni inwestorzy oraz właściciele gospodarstw rolnych. Znaczne zapotrzebowanie na energię elektryczną jak i jej wysoka cena sprzedaży ukierunkowuje właścicieli gospodarstw rolnych w stronę inwestycji w alternatywne źródła energii. Mały popyt na MEW występuje ze strony organizacji pozarządowych, co spowodowane jest malejącą ilością środków publicznych (dotacji) na tego typu urządzenia instalowane w celach edukacyjnych i informacyjnych. Niewielkim zainteresowaniem cieszą się MEW w sektorze budownictwa mieszkaniowego, w szczególności spółdzielni.[11] Rys. 3.3. Zainteresowanie inwestycjami w małe elektrownie wiatrowe ze strony potencjalnych klientów 24

Główne problemy związane ze sprzedażą i instalacją MEW: Długotrwałe procedury pozwalające na budowę i instalację małych elektrowni wiatrowych, Niewielkie dofinansowania lub ich całkowity brak, Niska świadomość społeczna w zakresie MEW, Dostatecznie duże koszty jednostkowe zakupu i instalacji MEW, Niska świadomość roli MEW wśród urzędników państwowych i przedsiębiorców energetycznych. 3.1. Szacunkowy rozwój MEW Analizując grafik pokazany na rysunku 2.17 obserwuję się nieznaczny przyrost instalowania elektrowni wiatrowych malej mocy w najbliższych latach. Według Instytutu Energetyki Odnawialnej (IEO) szacuje, że w Polsce mamy ok. 32 małych elektrowni wiatrowych. Część mikroinstalacji nie jest podłączona do sieci elektroenergetycznej (off grid). Liczba małych elektrowni wiatrowych pracujących on i off grid, na koniec roku 212 wynosiła 3. Średnia moc zainstalowana w turbinach wynosiła ok. 3 kw [12]. W celu zobrazowania mocy osiąganej przez MEW, do analizy wybrano przydomową elektrownie wiatrową SWIND 32, która charakteryzuje się parametrami technicznymi zamieszonymi w tabeli 3.1. Założono również, że wszystkie małe turbiny wiatrowe pracują w trybie on grid (połączone z siecią elektroenergetyczną). Parametry techniczne turbiny SWIND 32 Tab. 3.1. Moc znamionowa (1,8 m/s) 3,2 kw Moc maksymalna (15 m/s) 4 kw Średnica wirnika 3,5 m Prędkość wiatru rozruchowa ok. 2,8 m/s Prędkość wiatru maksymalna <15 m/s Generator synchroniczny 3-fazowy Typ przekładni brak Nakierowanie na wiatr statecznik Sterowanie auto-mikroprocesor Masa ok. 9 kg 25

Rys. 3.4. Krzywa mocy małej elektrowni wiatrowej SWIND 32 Największy potencjał wiatru dla instalacji małych turbin wiatrowych znajduje się na 3 m nad powierzchnią gruntu. Maszt rozpatrywanej turbiny ma wysokość ok. 2 m. Dlatego też dane dotyczące prędkości wiatru zaczerpnięte ze strony Ministerstwa Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej zostaną przeliczone przy pomocy zależności 2.2 na wysokość 2 m nad poziomem gruntu. 26

Moc MEW (W) Moc MEW (W) Podobnie jak w pierwszej części raportu do analizy zostały wybrane pięć miejscowości (Bielsko Biała, Katowice, Częstochowa, Racibórz, Opole). Ocena mocy osiąganej przez MEW w poszczególnych miastach zostanie przedstawiona dla tych samych warunków wietrznych przeliczonych na wysokość 2 m (potencjalna wysokość masztu). moc generowana przez TW-B.Biała moc generowana przez TW-Katowicach moc generowana przez TW - Racibórz moc generowana przez TW-Częstochowie moc generowana przez TW-Opole 45 4 35 3 25 2 15 1 5 Rys. 3.5. Moc osiągana w MEW w dniu 4.1.212 r. (środa) moc generowana przez TW-B.Biała moc generowana przez TW-Katowicach moc generowana przez TW - Racibórz moc generowana przez TW-Częstochowie moc generowana przez TW-Opole 18 16 14 12 1 8 6 4 2 Rys. 3.6. Moc osiągana w MEW w dniu 18.1.212 r. (środa) 27

Moc osiągana w MEW (MW) Moc MEW (W) moc generowana przez TW-B.Biała moc generowana przez TW-Katowicach moc generowana przez TW - Racibórz moc generowana przez TW-Częstochowie moc generowana przez TW-Opole 35 3 25 2 15 1 5 Rys. 3.7. Moc osiągana w MEW w dniu 24.6.212 r. (niedziela) moc osiągana w MEW (w odniesieniu do 32 szt.) 4.1.212 moc osiągana w MEW (w odniesieniu do 32 szt.) 18.1.212 moc osiągana w MEW (w odniesieniu do 32 szt.) 24.6.212 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 Rys. 3.8. Moc osiągana w MEW (odniesiona do liczby MEW zainstalowanej) w poszczególnych dniach Najkorzystniejsze warunki do pracy małych elektrowni wiatrowych panowały 4 stycznia. Wówczas potencjalna liczba 32 mikroinstalacji wiatrowych osiągała łączna moc 5,2 MW. Odnosząc tą wartość do szczytowej mocy zapotrzebowanej w KSE 4.1.212 (rys. 2.9) stanowi,2%. W końcowym rozrachunku spowodowało to wyprodukowanie 72 MWh w tym dniu. 28

Moc (MW) 3.1.1.MEW w 215 roku Bazując na rzeczywistych danych dotyczących mikroinstalacji wiatrowych na koniec roku 212, można oszacować liczbę MEW w roku 215. Informacje zawarte w podrozdziale 3.1.2. wskazują, że łączna moc zainstalowana w turbinach wiatrowych małej mocy będzie wynosiła 55 MW. Obecnie w niniejszym raporcie założono 32 małych turbin wiatrowych o średniej mocy 3 kw, co w konsekwencji daje łączną moc 9,6 MW. Dlatego na potrzeby raportu na koniec roku 215 założono trzy warianty: Optymistyczny łączna moc zainstalowana w turbinach wiatrowych małej mocy wyniesie 1 MW Pesymistyczny brak pomocy ze strony państwa w dofinansowaniu energetyki prosumenckiej spowoduje nieznaczny przyrost mikroinstalacji wiatrowych. Sumaryczna moc zainstalowana w MEW będzie wynosiła 15 MW Realistyczny wariant ten będzie zakładał średnioroczny przyrost mocy zainstalowanej w turbinach wiatrowych 2 MW. Licząc od końca roku 213 do roku 215, sumaryczna moc zainstalowana w turbinach wiatrowych małej mocy wyniesie ok. 5 MW a) Rozpatrywanie wariantu optymistycznego: MEW w 215 - okres zimowy MEW w 215 - okres letni 3 25 2 15 1 5 Rys. 3.9.Moc osiągana przez MEW w 215 roku okres zimowy i letni. Przyjęto, że łączna moc zainstalowana wynosi 1 MW (wariant optymistyczny) co daje ok. 33,5 tys. małych turbin wiatrowych o mocy 3 kw 29

Zapotrzebowanie w KSE 215r. (MW) zapotrzebowanie w KSE w 215 roku pasmo redukcyjne na rok 215 - okres zimowy pasmo redukcyjne na rok 215 - okres letni 25 24 23 22 21 2 19 18 17 Rys. 3.1. Nałożenie grafiku zapotrzebowania moc w KSE na rok 215 z mocą osiąganą przez MEW w 215 r. Podsumowanie wykresów 3.9 i 3.1 wariant optymistyczny Tab. 3.2. Okres Moc maksymalna osiągana w MEW (MW) Średnia moc osiągana w MEW (MW) Energia wygenerowana w MEW (GWh) Zapotrzebowanie na energię w KSE (GWh) Pasmo redukcyjne (%) Energia konieczna do wytworzenia w konwencjonalnych źródłach (GWh) Zimowy 17,6 9,2,22 524,5,4 524,28 Letni 25 7,9,18 431,6,4 431,42 3

Zapotrzebowanie w KSE 215r. (MW) Moc (MW) b) Rozpatrywanie wariantu pesymistycznego MEW w 215 - okres zimowy MEW w 215 - okres letni 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 Rys. 3.11.Moc osiągana przez MEW w 215 roku okres zimowy i letni. Przyjęto, że łączna moc zainstalowana wynosi 15 MW (wariant pesymistyczny) co daje ok. 5 tys. małych turbin wiatrowych o mocy 3 kw zapotrzebowanie w KSE w 215 roku pasmo redukcyjne na rok 215 - okres zimowy pasmo redukcyjne na rok 215 - okres letni 25 24 23 22 21 2 19 18 17 Rys. 3.12. Nałożenie grafiku zapotrzebowania moc w KSE na rok 215 z mocą osiąganą przez MEW w 215 r. 31

Moc (MW) Podsumowanie wykresów 3.11 i 3.12 wariant pesymistyczny Tab. 3.3. Okres Moc maksymalna osiągana w MEW (MW) Średnia moc osiągana w MEW (MW) Energia wygenerowana w MEW (GWh) Zapotrzebowanie na energię w KSE (GWh) Pasmo redukcyjne (%) Energia konieczna do wytworzenia w konwencjonalnych źródłach (GWh) Zimowy 2,6 1,4,33 524,5,6 523,1 Letni 3,7 1,2,28 431,6,6 43,4 c) Rozpatrywanie wariantu realistycznego MEW w 215 - okres zimowy MEW w 215 - okres letni 14 12 1 8 6 4 2 Rys. 3.13.Moc osiągana przez MEW w 215 roku okres zimowy i letni. Przyjęto, że łączna moc zainstalowana wynosi 5 MW (wariant realistyczny) co daje ok. 16,5 tys. małych turbin wiatrowych o mocy 3 kw 32

Zapotrzebowanie w KSE 215r. (MW) zapotrzebowanie w KSE w 215 roku pasmo redukcyjne na rok 215 - okres zimowy pasmo redukcyjne na rok 215 - okres letni 25 24 23 22 21 2 19 18 17 Rys. 3.14. Nałożenie grafiku zapotrzebowania moc w KSE na rok 215 z mocą osiąganą przez MEW w 215 r. Podsumowanie wykresów 3.13 i 3.14 wariant realistyczny Tab. 3.4. Okres Moc maksymalna osiągana w MEW (MW) Średnia moc osiągana w MEW (MW) Energia wygenerowana w MEW (GWh) Zapotrzebowanie na energię w KSE (GWh) Pasmo redukcyjne (%) Energia konieczna do wytworzenia w konwencjonalnych źródłach (GWh) Zimowy 8,8 4,6,11 524,5,2 524,39 Letni 12,5 3,9,9 431,6,2 431,51 33

Moc (MW) 3.1.2. MEW w 22 roku Dynamiczny rozwój energetyki prosumenckiej wskazuje, że na koniec 22 roku moc zainstalowana w małych turbinach wiatrowych wyniesie 55 MW. Przeliczając moc na liczbę turbin wiatrowych o mocy 3 kw można oszacować, że do 22 roku łączna liczba MEW będzie wynosiła ok. 18 tys. Rok 22 również zostanie rozpatrzony na podstawie trzech wariantów: Optymistyczny łączna moc zainstalowana w turbinach wiatrowych małej mocy wyniesie 7 MW Pesymistyczny sumaryczna moc zainstalowana w MEW będzie wynosiła 3 MW Realistyczny wariant ten opiera się na danych zawartych we wstępie podrozdziału. Łączna moc zainstalowana w małych elektrowniach domowych będzie wynosiła 55 MW Poniżej został zbudowany wykres, który zestawia moce osiągane w turbinach wiatrowych z zapotrzebowaniem w KSE na rok 22. a) Wariant optymistyczny 4 35 3 25 moce osiągane przez MEW w 22 roku 2 15 1 5 Rys. 3.15.Moc osiągana przez MEW w 22 roku okres zimowy. Przyjęto, że łączna moc zainstalowana wynosi 7 MW (wariant optymistyczny) co daje ok. 233,5 tys. małych turbin wiatrowych o mocy 3 kw 34

Zapotrzebowanie w KSE 22r. (MW) zapotrzebowanie w KSE w 22 roku pasmo redukcyjne na rok 22 3 25 2 15 1 5 Rys. 3.16. Nałożenie grafiku zapotrzebowania moc w KSE na rok 22 z mocą osiąganą przez MEW w 22 r. Podsumowanie wykresów 3.15 i 3.16 wariant optymistyczny Tab. 3.5. Okres Moc maksymalna osiągana w MEW (MW) Średnia moc osiągana w MEW (MW) Energia wygenerowana w MEW (GWh) Zapotrzebowanie na energię w KSE (GWh) Pasmo redukcyjne (%) Energia konieczna do wytworzenia w konwencjonalnych źródłach (GWh) Zimowy 32 221 5,3 565,94 559,7 35

Zapotrzebowanie w KSE 22r. (MW) Moc (MW) b) Wariant pesymistyczny moce osiągane przez MEW w 22 roku 18 16 14 12 1 8 6 4 2 Rys. 3.17.Moc osiągana przez MEW w 22 roku okres zimowy. Przyjęto, że łączna moc zainstalowana wynosi 3 MW (wariant pesymistyczny) co daje ok. 1 tys. małych turbin wiatrowych o mocy 3 kw 3 zapotrzebowanie w KSE w 22 roku pasmo redukcyjne na rok 22 25 2 15 1 5 Rys. 3.18. Nałożenie grafiku zapotrzebowania moc w KSE na rok 22 z mocą osiąganą przez MEW w 22 r. 36

Moc (MW) Podsumowanie wykresów 3.17 i 3.18 wariant pesymistyczny Tab. 3.6. Okres Moc maksymalna osiągana w MEW (MW) Średnia moc osiągana w MEW (MW) Energia wygenerowana w MEW (GWh) Zapotrzebowanie na energię w KSE (GWh) Pasmo redukcyjne (%) Energia konieczna do wytworzenia w konwencjonalnych źródłach (GWh) Zimowy 137 94,6 2,3 565,4 562,7 c) Wariant realistyczny 35 3 25 2 15 1 5 Rys. 3.19. Moc osiągana przez MEW w 22 roku w okresie zimowym. Przyjęto, że łączna moc zainstalowana wynosi 55 MW co daje ok. 18 tys. małych turbin wiatrowych o mocy 3 kw 37

Zapotrzebowanie w KSE 22r. (MW) zapotrzebowanie w KSE w 22 roku pasmo redukcyjne na rok 22 3 25 2 15 1 5 Rys. 3.2. Nałożenie grafiku zapotrzebowania moc w KSE na rok 22 z mocą osiąganą przez MEW w 22 r. Rysunek 3.15 przedstawia moce osiągane przez Małe Elektrownie Wiatrowe zainstalowane do końca 22 roku. Moc maksymalna wynosi 292 MW, natomiast moc średnia jest na poziomie ok. 17 MW. Nałożenie na siebie grafiku zapotrzebowania mocy w KSE i odjęciu od niego mocy osiąganej przez MEW rys. 3.16. w konsekwencji dają moc jaką należy wygenerować w konwencjonalnych źródłach. Proces ten jest niezbędny do zbilansowania Systemu Elektroenergetycznego. Zapotrzebowanie na energię elektryczną analizowanego dnia okresu zimowego w 22 roku wynosi ok. 565 GWh. Energia wygenerowana przez mikroinstalacje wiatrowe w tym samym czasie wynosi ok. 4 GWh, co stanowi,7% sumarycznego zapotrzebowania na energię elektryczną. 4. Podsumowanie Obecnie w Polsce jak i na świecie obserwuje się wzrost inwestycji w źródła OZE. Polska posiada szczególnie dobre warunki do rozwoju energetyki wiatrowej. Wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną w miarę upływu lat przy jednoczesnym odstawianiu bloków węgłowych (ze względu na ich długoletni czas eksploatacji) może doprowadzić do deficytu mocy w KSE. W niniejszym raporcie został przytoczony jeden z możliwych wariantów do uniknięcia deficytu mocy. Do końca 22 roku planowana jest wybudowa farm wiatrowych o łącznej mocy sięgającej 11 GW. Przykładowa ich praca została zobrazowana na rys.2.22. Rozwój energetyki wiatrowej może doprowadzić do zredukowania mocy generowanej w innych źródłach o 27,6%. Dołączając do tego rozwój energetyki prosumenckiej z jednoczesnym inwestowaniem w MEW, do końca 22 roku łączna moc zainstalowana w małych turbinach wiatrowych ma osiągać 55 MW (wariant realistyczny). Ich praca powoduje redukcję w zapotrzebowaniu na energię elektryczną o,7%. W konsekwencji cała wygenerowana moc w źródłach wiatrowych spowoduję redukcję o 28,3%. 38

Literatura [1] http://www.elektrownie-wiatrowe.org.pl/pl/energetyka-wiatrowa [2] http://www.baza-oze.pl/enodn.php?action=show&id=18 [3] http://globenergia.pl/energetyka-wiatrowa/charakterystyka-turbin-wiatrowych-o-mocy- 2%E2%8%933-mw#.UoUR7nB945I [4] Gumuła S., Woźniak A. Wpływ charakterystyki elektrowni wiatrowej na wykorzystanie jej mocy nominalnej i wskaźniki ekonomiczne produkcji energii [5] Kramek R., Łaz M., Przebieg kampanii pomiarowej [6] http://ioze.pl/energetyka-wiatrowa/szczegolowe-pomiary-sily-wiatru [7] www.transport.gov.pl [8] http://orka.sejm.gov.pl/izo7.nsf/www1/i1975o/$file/i1975o.pdf [9] http://www.pse-operator.pl [1] PSE Operator Plan rozwoju w zakresie zaspokojenia obecnego i przyszłego zapotrzebowania na energię elektryczną na lata 21 225 [11] Instytut Energetyki Odnawialnej Raport małych elektrowni wiatrowych w Polsce [12] Krajowy Plan Rozwoju Mikroinstalacji Odnawialnych Źródeł Energii Do 22 roku [13] Korban Z Wybrane aspekty wykorzystania energetyki wiatrowej w Polsce Politechnika Śłąska w Gliwicach [14] Krzysztof Markowicz Pomiary oraz analizy pola wiatru dla potrzeb energetycznych [15]Wojciech Radzewicz rozprawa doktorska Modelowanie elektrowni wiatrowej w systemie elektroenergetycznym w otoczeniu rynkowym 39