: Projekt dofinansowany ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej http://www.fwie.eco.pl
Co to jest wiatr i jak powstaje? Do różnych obszarów Ziemi dociera różna ilość promieniowania słonecznego. W wyniku nierównomiernego nagrzewania się mas powietrza i różnicy temperatur wytwarzają się gradienty ciśnień, a naturalna tendencja wyrównywania ciśnień powoduje poziome ruchy mas powietrza, określane jako WIATR. Powietrze przemieszcza się od miejsca, w którym jest wysokie ciśnienie atmosferyczne w stronę obszaru o niższym ciśnieniu. W N Im większa jest różnica ciśnień, tym wiatr jest silniejszy (wieje z większą prędkością). Nie byłoby wiatru, gdyby taka sama ilość promieniowania słonecznego docierała do wszystkich punktów globu.
Rodzaje wiatrów Globalne wiatry, związane z cyrkulacją powietrza w atmosferze całej planety. Lokalne wiatry spowodowane specyficznym ukształtowaniem terenu na danym obszarze są wiatrami lokalnymi. Przykładowe wiatry lokalne to: Fen-silny,porywisty,ciepłyisuchywiatrwiejącyzgór(halnywTatrach, polak po czeskiej stronie Sudetów, chinook w Górach Skalistych(USA)). Bryza - wiatr lokalny, wiejący okresowo, charakterystyczny dla wybrzeży mórz i wielkich jezior. Przykładowe wiatry globalne to: Pasaty - Stały, ciepły wiatr o umiarkowanej sile wiejący w strefie międzyzwrotnikowej między 35 szerokości północnej i 35 szerokości południowej.
Moc wiatru P = ½ ρ v³[w/m²] gdzie: P - Powierzchniowa gęstość mocy ρ gęstość powietrza [kg/m³] v prędkość powietrza [m/s] Energia wiatru zależy wykładniczo od prędkości wiatru.
Zależność prędkości wiatru od wysokości Gdzie: V h = prędkość wiatru na liczonej wysokości V 0 = prędkość wiatru na wysokości ho h h = wysokość, dla której liczymy prędkość h 0 = wysokość usytuowania wiatromierza α = współczynnik szorstkości Wysokość w [m] Średnia prędkość w [m/2] Gęstość moc wiatru [W/m2] 10 3,3 22 80 4,6 58 800 7,2 205 Wraz ze wzrostem wysokości nad poziomem gruntu rośnie prędkość wiatru. Jeżeli na danym obszarze znajduje się więcej obiektów mogących spowolnić wiatr (budynki, drzewa) tym prędkość wiatru będzie szybciej rosła wraz ze wzrostem wysokości. Charakter danego gruntu pod kątem spowolnienia wiatru określa współczynnik szorstkości
Wykorzystanie energii wiatru Energia kinetyczna Wiatru Energia mechaniczna wirnika Energia elektryczna generatora Kierunek przemian energii w turbinie wiatrowej Idealnie skonstruowana turbina wiatrowa podczas swojej pracy jest w stanie spowolnić wiatr do 1/3 jego pierwotnej prędkości w wyniku, czego odzyska 59.3 % energii w nim zawartej. W rzeczywistych warunkach pracy sprawność turbiny jest zawsze niższa niż 59.3 % -limit betza.
Zasoby energii wiatru w Polsce Wg pomiarów IMGW 5% obszaru Polski posiada wybitnie korzystne warunki wiatrowe, 30% bardzo korzystne a blisko 60 % kraju posiada korzystne warunki do wykorzystania energii wiatru. Mapa poglądowa -strefy energetyczne wiatru w Polsce Źródło: Ośrodek Meteorologii IMGW
Zasoby energii wiatru w Polsce 10000 Zasoby energii wiatru w Polsce 1000 TW Wh 100 10 1 potencjał teoretyczny potencjał techniczny potencjał ekonomiczny polskie zapotrzebowanie na energię energia wiatru 2423 717 105 752,6
Zasoby energii wiatru w Polsce Prędkości wiatru ulega częstym i szybkim zmianom W Polsce wyższe prędkości wiatru odnotowywane są w okresie zimowym
Warunki sprzyjające wykorzystaniu energii wiatru częste występowanie wiatru duża siła wiatru Najlepsze pod względem warunków wiatrowych obszary to: morskie wybrzeża, otwarte równiny, wierzchołki wzniesień, górskie przełęcze.
Budowa turbiny wiatrowej
Turbiny wiatrowe Największa turbina świata posiada maszt o wysokości 138 m i średnicę wirnika 126 m jej moc maksymalna wynosi 6 MW.
Turbiny wiatrowe W celu zagospodarowania zasobów energii wiatru znajdujących się na dużych wysokościach tworzone są prototypy turbin wiatrowych wykorzystujące duże przemysłowe latawce.
Podział turbin wiatrowych O osi poziomej O osi pionowej
Zasady lokalizacji małych turbin wiatrowych Dominujący kierunek wiatru Przepływ wiatru laminarny Przepływ turbulentny
Prędkość nominalna Prędkość zatrzymania Charakterystyka turbiny Prędkość startu
Turbiny o osi poziomej zalety: posiadają wyższa sprawność od turbin o pionowej osi obrotu, posiadają estetyczny i harmonijny wygląd, z łatwością mogą być instalowane na wysokich masztach, co umożliwia sięganie po większe zasoby energii wiatru. wady: ze względu na wysoką prędkość obrotową wymagają mechanizmu, który przy bardzo silnym wietrze ogranicza obroty turbiny, wymagają mechanizmu naprowadzania na wiatr, w przypadku umieszczenia generatora w gondoli wymagają zastosowania połączeń ślizgowych są głośne przy szybszym wietrze,
Turbiny o osi pionowej zalety: jednakowapraca niezależna od kierunku wiatru -nie wymagają mechanizmu ustawiania na wiatr, możliwość łatwego montażu na obiektach (dachach)-nie jest konieczne budowanie wysokich masztów, cicha praca i odporność na silny wiatr, bezobsługowa praca brak połączeń ślizgowych, estetyczny wygląd -podczas pracy wrażenie cyklicznej zmiany kształtu (możliwość umieszczenia reklam). wady: niska sprawność (do 40% zazwyczaj ok. 20%), konieczność zastosowania generatora wolnobieżnego lub przekładni, która zmniejsza sprawność urządzenia i przyczynia się do zwiększenia emisji hałasu.
nie wymagają linii przesyłowych i homologacji, nie są niebezpieczne dla ptaków, nie szpecą krajobrazu i nie emitują infradźwięków, Małe turbiny wiatrowe praca przy niskiej prędkości wiatru już od ok. 2 m/s możliwość stosowania w terenach zabudowanych (tam gdzie występują tzw. przeciągi na skutek spiętrzenia mas powietrza przez wysokie bloki), możliwość zagospodarowania energii wiatrowej na każdym terenie odsłoniętym (typowym dla gospodarstw indywidualnych),
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej Zagrożenie dla ptaków Hałas w bliskim sąsiedztwie turbin Szpecenie krajobrazu
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej Gdzie farmy wiatrowe nie powinny być lokalizowane Obszary lub okolice obszarów Natura 2000 OSOP -Obszar Specjalnej Ochrony Ptaków, utworzo ne na mocy Dyrektywa 79/409/EEC (Dyrektywa Ptasia) SOOS -Specjalny Obszar Ochrony Siedlisk, utworzo ne na mocy Dyrektywa 92/43/EEC (Dyrektywa Siedliskowa) Miejsca koncentracji ptaków blaszkodziobych oraz siewkowych, które silne unikają elektrowni wiatrowych, co prowadzi do utraty siedlisk tych ptaków, Trasy przelotów Miejsca koncentracji występowania gatunków znanych ze swej kolizyjności, takich jak np.: ptaki drapieżne (szponiaste), mewy i rybitwy, ptaki migrujące nocą, sowy oraz wybrane gatunki wykonujące w powietrzu pokazy godowe,
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej Realizacja projektów wiatrowych może powodować: śmiertelność ptaków w wyniku kolizji z pracującymi siłowniami i/lub elementami infrastruktury towarzyszącej, w szczególności napowietrznymi liniami energetycznymi; zmniejszanie liczebności ptaków wskutek utraty i fragmentacji siedlisk spowodowanej odstraszaniem z okolic siłowni i/ lub w wyniku rozbudowy infrastruktury komunikacyjnej i energetycznej związanej z obsługą elektrowni wiatrowych, zaburzenia funkcjonowania populacji, w szczególności zaburzenia krótko i długodystansowych przemieszczeń ptaków (efekt bariery).
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej Na skalę oddziaływania ma wpływ typ turbin wiatrowych wykorzystywanych w danym projekcie wysokość wieży, średnica wirnika, oświetlenie, osiągana prędkość liniowa końców śmigieł. liczba turbin w ramach parku, powierzchnia zajmowana przez park wiatrowy, lokalizacja turbin w ramach projektu. występowanie w sąsiedztwie innych parków wiatrowych,
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej Na skalę oddziaływania ma wpływ sposób wykorzystania terenu przez ptaki pułapy przelotów czas i sposób użytkowania terenu -np. czy jest to noclegowisko, żerowisko, teren lęgowy skład gatunkowy ptaków występujących na obszarze lokalizacji
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej schemat oceny oddziaływania projektów wiatrowych na ptaki ocena wstępna (screening) monitoring przedrealizacyjny monitoring porealizacyjny Monitoring porealizacyjnyma za zadanie potwierdzenie słuszności przyjętej oceny lub jej zweryfikowanie.
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej Screening -Ocena wstępna lokalizacji jej celem jest określenie wrażliwości lokalizacji z punktu widzeniamożliwości wystąpienia znaczących negatywnych oddziaływań farmy na awifaunę. Screening ma charakter pracy studialnej, której celemjest w pierwszym rzędzie identyfikacja lokalizacji, dla której bez wykonywania monitoringu przedrealizacyjnegomożna uznać ryzyko znaczącego oddziaływania na populacje kluczowych gatunków ptaków za bardzo wysokie. Ocena wstępna pozwala, zatem przede wszystkim wykluczyć lokalizacje, w których prawdopodobieństwo wystąpienia znaczącego negatywnego oddziaływania projektów wiatrowych na gatunki kluczowe jest bardzo wysokie.
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej źródła danych do screening-u Publikowane dane o występowaniu rzadkich i zagrożonych gatunków ptaków na terenie badań, Niepublikowane dane o występowaniu kluczowych gatunków ptaków (regionalne kartoteki faunistyczne, bazy danych wybranych programów badawczych, konsultacje z lokalnymi ekspertami), Informacje o występowaniu w okolicy obszarowych form ochrony przyrody (obszary Natura 2000, parki narodowe, parki krajobrazowe, rezerwaty przyrody, obszary Ramsar), Informacje o występowaniu w okolicy ostoi ptaków o znaczeniu europejskim, Dane zebrane w trakcie wizji lokalnej obszaru wstępne rozpoznanie potencjalnych siedlisk lęgowych i żerowiskowychgatunków kluczowych, możliwości występowania szlaków migracji i korytarzy ekologicznych, Analiza fizjografii terenu występowanie elementów topografii terenu sprzyjających koncentracji przelotów lokalnych oraz występowaniu korytarzy przelotów ponadlokalnych (doliny rzeczne, strefy wybrzeża morskiego, mierzeje i półwyspy, grzbiety górskie, przełęcze).
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej -ptaki Ekspert-ornitolog, dokonując oceny wstępnej badanej lokalizacji, pod farmę wiatrową powinien uwzględnić: Liczebność występowania (lęgowego lub pozalęgowego) gatunków ptaków wskazanych w Art. 4(1) oraz załączniku I DP, Zagęszczenie lęgowych lub nielęgowych(zimujących, przelotnych) ptaków drapieżnych, Liczebność występowanie gatunków ptaków znanych ze szczególnie wysokiej kolizyjności (np. kania rdzawa, bielik, orzeł przedni, potrzeszcz), Występowanie pozalęgowych koncentracji żerowiskowych lub noclegowych dużych ptaków blaszkodziobych, Występowanie koloni lęgowych dużych i średniej wielkości ptaków w okolicy lokalizacji (np. mew, rybitw, kormoranów, czapli), Odległość od obszarów OSOP oraz ostoi ptaków o znaczeniu europejskim (IBA), Odległość od obszarów SOOS utworzonych dla ochrony nietoperzy o znaczeniu lokalnych populacji określonym w SDF, jako A, B lub C, Odległość od parków narodowych, rezerwatów przyrody, parków krajobrazowych Odległość od strefy wybrzeża morskiego, mierzei lub półwyspów, Odległość od dolin dużych rzek, mokradeł i zbiorników wodnych, Położenie na terenie lub w pobliżu przełęczy, Odległość od stref ochronnych powołanych dla występowania tzw. "gatunków strefowych" (wskazanych w zał. 5 Rozporządzenia Ministra Środowiska z dn. 28.09.2004; Dz.U. 220, poz. 2237), Odległość od korytarzy migracji i tras migracji długodystansowej i regionalnej, Stopień rozpoznania lokalizacji pod kątem awifauny, Stopień przekształcenia terenu przez człowieka, Strukturę użytkowania terenu (w tym występowanie śródpolnych zadrzewień i zakrzewień), Liczbę i typ turbin w projekcie, Odległość od innych projektów wiatrowych.
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej Ocena wstępna (screening) Monitoring przedrealizacyjny badanie terenowe STOP odstępuje od planu realizacji projektu wiatrowego w badanej lokalizacji
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej Monitoring przedrealizacyjny czas trwaniamin. 1 rokjego celem jest sformułowanie prognozy oddziaływania farmy wiatrowej na populacje ptaków. Dane zbierane w ramach monitoringu przedrealizacyjnego służą do uzyskania podstawowej ilościowej informacji o awifaunie terenu farmy i obszarów bezpośrednio przyległych.
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej monitoring przedrealizacyjny Określenie składu gatunkowego i liczebności awifauny w cyklu rocznym Określenie liczebności gatunków kluczowych Określenie zagęszczenia wszystkich gatunków ptaków w głównych okresach roku Określenie natężenia i sposobu wykorzystania przestrzeni powietrznej przez ptaki, w szczególności: drapieżniki i inne gatunki o dużych rozmiarach ciała, migranty dalekodystansowe, ptaki tworzące lokalne koncentracje żerowiskowe i noclegowiskowe.
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej Podczas dokonywania oceny oddziaływania farmy wiatrowej na ptaki powinny zostać uwzględnione : 1.Prawdopodobieństwo naruszenia korzystnego stanu ochrony występujących lokalnie ptaków wykorzystujących obszar Natura 2000 i należących do gatunków dla ochrony których powołano tenże obszar oraz występujących lokalnie gatunków wskazanych Art. 4(1) DP, 2. Prawdopodobieństwo wystąpienia i rozmiary ewentualnych kolizji ptaków z turbinami, 3. Zagęszczenie lęgowych gatunków kluczowych, 4. Wielkość koncentracji pozalęgowych gatunków o dużych rozmiarach ciała, 5. Zagęszczenie nielęgowych ptaków drapieżnych, 6.Natężenie użytkowania przestrzeni powietrznej do wysokości śmigła w stanie wzniesienia, przez ptaki drapieżne, 7.Natężenie użytkowania przestrzeni powietrznej przez ptaki w okresie migracji, w godzinach dziennych i nocnych, 8. Gniazdowanie gatunków objętych strefową ochroną miejsc występowania, 9.Możliwy (przewidywany) spadek zagęszczeń dowolnego gatunku w wyniku odstraszającego działania farmy, 10. Wielkość bogactwa gatunkowego w okresie lęgowym i pozalęgowym,
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej Monitoring porealizacyjny - powinien obejmować cykl roczny, stanowiąc replikę badań przedrealizacyjnych i powinien być trzykrotnie powtarzany w ciągu 5 lat po oddaniu farmy do eksploatacji, w wybrane przez eksperta-ornitologa lata (np. w latach 1, 2, 3 lub 1, 3, 5), z uwagi na występowanie efektów opóźnionych w czasie. Wyniki monitoringu porealizacyjnego powinny służyć właściwym organom administracji do uaktualniania decyzji dotyczących dalszego funkcjonowania farmy. W przypadku stwierdzenia oddziaływania przekraczającego rozmiarami prognozy sformułowane w raporcie OOŚ stanowiącym podstawę wydania decyzji środowiskowej organ powinien : Wdrożenie stosownych działań minimalizujących stwierdzone negatywne oddziaływanie (np. zmiana systemu nocnego oświetlenia siłowni, zmiana struktury użytkowania terenu, okresowe wyłączenia turbin wiatrowych), zastosowanie działań kompensacyjnych trwałe wyłączenie wybranych siłowni z eksploatacji
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej Konieczność wdrożenia stosownego programu działań minimalizujących i kompensacyjnych powinna być wpisana warunkowo w decyzję środowiskową uzyskiwaną przez inwestora. Warunki ich podjęcia powinny być jasno sformułowane, z wykorzystaniem mierzalnych kryteriów, wykorzystujących dane uzyskane w toku monitoringu porealizacyjnego.
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej nietoperze Metodyka badań oddziaływania Wstępne rozpoznanie dostępnych informacji i warunków terenowych Rejestracja głosów nietoperzy Analiza nagrań i wyznaczanie indeksów aktywności nietoperzy Kontrole potencjalnych kryjówek kolonii rozrodczych nietoperzy Kontrole obiektów mogących stanowić zimowiska nietoperzy
Zagrożenia ze strony energetyki wiatrowej nietoperze Działania zapobiegawcze wyłączanie turbin w pewnych okresach w czasie aktywności nietoperzy przy prędkościach wiatru poniżej 6 m/s niezalesianie terenów, na których staną turbiny, i niewprowadza nie ciągów zieleni w ich pobliże unikanie oświetlania turbin światłem białym zastrzeżenie to nie dotyczy oświetlenia wynikającego z przepisów dotyczących bezpieczeństwa ruchu powietrznego; zachowanie co najmniej 200 m odległości elektrowni wiatrowych od ważnych żerowisk i miejsc zwiększonej aktywności nietoperzy zachowanie co najmniej 200 m odległości elektrowni wiatrowych od liniowych elementów krajobrazu, których wykorzystywanie przez nietoperze potwierdzono w wyniku badań;
Szpecenie krajobrazu
Szpecenie krajobrazu
Szpecenie krajobrazu
Rozwój energetyki wiatrowej w Polsce Rok 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Moc zainstalowana w [MW] 83,3 152 287,9 451 724,68 1005 Produkcja energii w [GWh] 135,3 388,4 494,2 790,2 1029 1396 Udział w bilansie energetycznym 0,09% 0,26% 0,32% 0,51% 0,69% 0,93%
Polska energetyka wiatrowa na tle świata Kraj 2005 2006 2007 2008 2009 Stany zjednoczone 9149 11603 16819 25170 35159 Niemcy 18428 20622 22247 23903 25777 Chiny 1266 2599 5912 12210 25104 Hiszpania 10028 11630 15145 16740 19149 Indie 4430 6270 7850 9587 10925 Włochy 1718 2123 2726 3537 4850 Francja 779 1589 2477 3288 4070 Wielka Brytania 1353 1963 2389 3288 4070 Portugalia 1022 1716 2130 2862 3535 Dania 3132 3140 3129 3164 3465 Polska 83 153 276 472 725 Moc zainstalowana w [MW]
Zalety i wady elektrowni wiatrowych Zalety nie emitują zanieczyszczeń do atmosfery podczas pracy, korzystają z nielimitowanych zasobów energii wiatru (brak ryzyka wzrostu cen energii), mogą być budowane na nieużytkach (terenach wyłączonych z użytkowania), poprawiają bezpieczeństwo energetyczne uniezależniają kraj od dostaw surowców energetycznych. Wady wysokie koszty inwestycyjne, mogą przyczyniać się do destabilizacji systemu elektroenergetycznego wymagają sprawnie działającego rynku bilansującego, systemów gromadzenia energii, głośna praca łopat powoduje, że nie mogą być budowane na terenach zamieszkałych i siedliskach zwierząt (nie dotyczy małych turbin wiatrowych), zanieczyszczają wizualnie środowisko
Dobra praktyka Park Wiatrowy Tymień Typ projektu: Farma wiatrowa Nazwa projektu: Park Wiatrowy Tymień Lokalizacja projektu: Tymień, w województwie zachodniopomorskim (gmina Będzino, powiat koszaliński). Okres realizacji projektu: całkowity od 1999 do czerwiec 2006 w tym okres budowy czerwiec 2005- czerwiec 2006 Opis zrealizowanej instalacji: Farma wiatrowa została wyposażona w 25 turbin Vestas V.80 o mocy 2MW każda i rozpiętości skrzydeł sięgającej 80 m posadowione na masztach o wysokości 100 m. W ramach prac budowlanych wykonano około 20 km dróg dojazdowych do elektrowni wiatrowych. Moc zainstalowana: 50 MW Źródła finansowania: Bankiem Ochrony Środowiska BOŚ S.A., Narodowym Funduszem Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, Fundusze Strukturalne Unii Europejskiej, Fundacja EkoFundusz. Wartość inwestycji 240 000 000 PLN Koszty utrzymania wartość zmienna zależna do okresu eksploatacji średnio 5 400 000. Uzyskane oszczędności energetyczne: średnio 100 000 MWh energii elektrycznej rocznie. Okres zwrotu poniesionych nakładów - informacja objęta tajemnicą spółki. Prosty okres zwrotu około 6 lat bez dyskontowania.