MOŻLIWOŚCI ROZWOJU ENERGETYKI WIATROWEJ NA TERENIE GMINY PRUSICE. W r o c ł a w,

MOŻLIWOŚCI ROZWOJU ENERGETYKI WIATROWEJ NA TERENIE GMINY PRUSICE W r o c ł a w,

yj MOŻLIWOŚCI ROZWOJU ENERGETYKI WIATROWEJ NA TERENIE GMINY PRUSICE WPROWADZENIE Pomiary wiatru na potrzeby energetyki wiatrowej przeprowadzono w miejscowości Piotrkowice, na terenie gminy Prusice. Obliczono moc i energię wiatru, przeanalizowano statystyczno-probabilistyczny rozkład prędkości wiatru. Wszystkie uzyskane dane opisano w opracowaniu oraz zawarto w załącznikach w postaci zestawień tabelarycznych.

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU W P R O W A D Z E N I E Praca została wykonana w ramach projektu ENERGYREGION Efektywny rozwój rozproszonej energetyki odnawialnej w połączeniu z konwencjonalną, wdrażanym w ramach Programu dla Europy Środkowej i współfinansowanym przez Regionalny Fundusz Rozwoju Regionalnego. Podstawą do wykonania analizy oceny potencjału energetycznego wiatru stanowiły dokumenty strategiczne takie jak: Polityka energetyczna Polski do roku oraz Strategia rozwoju energetyki odnawialnej, w których Polska zakładała zwiększenie udziału energii opartej o źródła odnawialne do w roku. Energetyka wiatrowa, obok energii geotermalnej i energii wód, jest jedną z podstawowych form pozyskania energii z odnawialnych źródeł energii. Zgodnie z założeniami aż energii odnawialnej ma pochodzić z instalacji wiatrowych,. z biomasy,. z biogazu a. z energetyki wodne []. W ramach projektu ENERGYREGION zostały przeprowadzone badania potencjału energetycznego wiatru dla małych i średnich turbin wiatrowych. W celu potwierdzenia wartości danych wietrzności, odczytanych na ogólnych mapach wietrzności, został zainstalowany maszt pomiarowy w miejscowości Piotrkowice, a pomiar był wykonywany przez okres pełnego roku. Uzyskane dane z czujników pomiarowych przetwarzane były w specjalistycznych oprogramowanych w celu wykonania szeregu analiz wietrzności i szacowanej produkcji energii elektrycznej. Celem niniejszego opracowania jest analiza zebranych parametrów wiatru w badanej lokalizacji, analiza statystyczna, identyfikacja podstawowych parametrów opisujących wiatr oraz ocena potencjalnych zasobów energetycznych wiatru. Opracowanie zawiera następujące elementy: wyniki z pomiarów prędkości wiatru pomierzone na wysokościach m, m i m, prędkości i kierunki wiatru przedstawione za pomocą róży wiatrów, histogramy prędkości wiatru, wizualizacje D w terenie, zestawienia tabelaryczne wyników analiz na wszystkich mierzonych wysokościach. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU SUMMARY The study has been done within the project no CEP Effective development of dispersed renewable energy in combination with conventional energy in regions ENERGYREGION financed from the European Regional Development Fund. Electrical energy is essential for economic growth and well-being of human populations. The growing concern with pollution resulting from the use of fossil fuels in-creases the pressure to use renewable energy sources to produce electricity. One of such resources is the energy obtained from wind. Location of wind farms producing electricity requires careful and combined analysis of numerous criteria such as technical requirements, as well as environmental, social and spatial constraints. The basis for the analysis of wind energy potential were strategic documents such as: "Energy Policy of Poland until " and "The Strategy of Renewable Energy Sources Development", in which Poland assumes an increase the share of energy from renewable sources to in. Wind energy near geothermal and water energy, is one of the basic forms of energy generation from renewable energy sources. According to the assumptions of renewable energy will come from wind power plants,. from biomass,. from biogas and energy. of water []. Wind measurement for the assessment of wind energy potential in the Piotrkowice, the municipality of Prusice in Lower Silesia (SW Poland), was carried out and presented within this paper. The obtained wind characteristics were statistically analyzed using the Weibull distribution function. A region s mean wind speed and its frequency distribution have to be taken into account to calculate the amount of electricity that can be produced by wind turbines. The study contains the following elements: the results of wind speed measurements measured at height m, m and m above ground level (agl), speeds and wind directions - represented by wind roses, histograms of wind speeds, d visualization in the field, summary of the results analyzes on all measured heights. R E S U L T S A N D D I S C U S S I ON MEAN WIND SPEED AND WIND DIRECTION ANALYSIS The determination of the wind potential of the selected site was made by analyzing the wind characteristics, such as the wind speed, the prevailing direction, their duration and availability and the power density. Fig. shows the results of the wind speed data analysis. As it can be seen, the windiest months were December and March with the mean wind speed reaching approximately m/s at m agl, while the calmest month was August where the mean wind speed did not exceed. m/s at m agl. Using the data of this diagram, it has been calculated that the corresponding annual mean speed at height m agl was approximately. m/s, at height m agl. m/s and m agl. m/s. Strona

wind speed, m/s OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU.............................. mean- m agl mean - m agl mean- m agl. January February March April May June July August September October November December Fig.. Mean monthly wind speed. WIND DIRECTION Usually, in wind data analysis, the prediction of the wind direction is also very important, especially when planning the installation and the micrositting of a wind turbine or a wind farm. The annual wind rose based on time at height m, m and m agl and the corresponding percentages of time were shown in Fig.. m agl annual wind rose NNW.. N NNE Wind speed (m/s) NW. NE. WNW W.... ENE E WSW ESE SW SE SSW SSE S Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU m agl annual wind rose NNW.. N NNE Wind speed (m/s) NW. NE. WNW W.... ENE E WSW ESE SW SE SSW m agl. annual wind rose S SSE NNW.. N NNE Wind speed (m/s) NW. NE. WNW W.... ENE E WSW ESE SW SE SSW SSE Fig.. Annual wind roses S Strona

Probability density Probability density OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Most of the time the prevailing winds in Piotrkowice were the north. The highest percentage of time wind was blowing from a particular direction, namely the north, was approx.. PROBABILITY DENSITY FUNCTIONS Simple knowledge of the mean wind speed of the selected area could not be taken as sufficient for obtaining a clear view of the available wind potential. Therefore, in order to surpass the nonpredictability of the wind characteristics, a statistical analysis was considered necessary. For this reason, Weibull distribution model was applied. Fig. shows the probability density function of the annual wind speed distribution, in which Weibull model has been fitted............ Mean wind speed:, m/s Histogram Weibull distribution Wind speed, m/s m above ground level........... Mean wind speed:. m/s Histogram Weibull distribution Wind speed, m/s m above ground level Strona

Power, W/m Probability density OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU........... Mean wind speed:. m/s Histogram Weibull distribution Wind speed, m/s m above ground level Fig.. Probability density distribution of annual wind speeds The probability density function indicates the frequency of time for which a wind speed possibly prevails at the area under investigation. It can be observed in Fig. that the most frequent wind speed is between - m/s WIND POWER DENSITY ANALYSIS The results of the wind speed variation and the prevailing wind directions which characterized the location under investigation were further analyzed with respect to the corresponding mean wind power density Fig.. Wind power is a measure of the energy available in the wind. It is a function of the cube (third power) of the wind speed.... m agl m agl m agl....... Wind speed, m/s Fig.. The mean power density The resulting mean annual wind power density was estimated to be W/m. Strona

Amount of produced energy, MWh OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU GENERATED WIND ENERGY The energy generated by a windmill depends on the power generation as mentioned above - and how often, or how many hours the wind blows that means - the "wind speed frequency distribution" at the actual location............. Wind turbines: kw kw kw kw Wind speed, m/s Fig.. The amount of energy produced depending on the applied wind turbine m above ground level The detailed results are presented in tables below: Tab.. The amount of energy produced depending on the applied wind turbine m above ground Type of turbine Energy generates - Maximal capacity utilization ratio, kwh ZEFIR D-P-T - kw, MWh. ZEFIR D-P-T- kw ZEFIR D-P-T- kw ZEFIR D-P-T- kw,, kwh MWh, kwh, MWh, kwh, MWh... The calculation of wind power energy shows that wind turbine with a power of kw will produce approximately MWh, while the wind turbine with a power of kw is able to produce approximately MWh. For the height of m and above ground level results are presented in the tables below: Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Tab.. The amount of energy produced depending on the applied wind turbine m above ground Type of turbine Energy generates - Maximal capacity utilization ratio. kwh ZEFIR D-P-T- kw. MWh. ZEFIR D-P-T- kw ZEFIR D-P-T- kw. kwh. MWh. kwh. MWh.. Tab.. The amount of energy produced depending on the applied wind turbine m above ground Type of turbine Energy generates - Maximal capacity utilization ratio. kwh ZEFIR D-P-T- kw. MWh. ZEFIR D-P-T- kw ZEFIR D-P-T- kw. kwh. MWh. kwh. MWh.. Wind characteristics have been analyzed for the Piotrkowice, Prusice municipality, in this study based on a measured data source over -months period (January-December ). Characteristics such as annual, monthly wind speed variations were examined and the annual wind direction variations were also investigated. The wind speed data reveal that the windy months in Piotrkowice are from November to March, with December being the windiest month. The wind power density is approximately W/m. Estimates show that the most suitable wind turbines for the Piotrkowice are small wind turbines (kw, kw). Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU P O D S T A W Y T E O R E T Y C Z N E Energia pochodząca z wiatru uważana jest za tzw. energię czystą. Do jej głównych zalet należy przede wszystkim łatwy dostęp do źródła energii odnawialnej czyli wiatru, zaś do słabych stron nierównomierny dostęp do źródła energii wiatru w czasie, co spowodowane jest różną prędkością wiatru lub nawet jego brakiem w pewnych okresach roku. Mimo, że wiatr obecnie wykorzystywany jest w ułamku procenta, to możliwości rozwoju energetyki wiatrowej w Polsce są bardzo obiecujące []. Potwierdzają to wyniki wieloletnich badań dotyczących kierunków i prędkości wiatrów w Polsce prowadzonych przez Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW), co przedstawia Rysunek. Przyjmuje się, że siłownie wiatrowe mogą powstawać na obszarach gdzie prędkości wiatru osiągają już prędkość powyżej, m/s, co jest dość powszechne w Polsce. Rysunek.. Strefy energetyczne wiatru w Polsce (Źródło: Na podstawie danych Ośrodka Meteorologii IMGW, Warszawa) Z powyższej mapy wynika, że na ponad powierzchni Polski występują warunki odpowiednie dla rozwoju energetyki wiatrowej. Podział przeprowadzony został w oparciu o średnią prędkość wiatru a wysokości m powyżej gruntu przekraczającą m/s, a w rejonie wybrzeża nawet m/s []. Wiatr w województwie dolnośląskim uwarunkowany jest charakterem ogólnej cyrkulacji atmosferycznej nad Europą Środkową oraz jej lokalną modyfikacją przez rzeźbę terenu, a także pokrycie podłoża o różnym współczynniku szorstkości. Województwo charakteryzuje się zadowalającymi warunkami wietrznymi, jednak mniej korzystnymi niż tereny Polski północnej i północno-zachodniej. W zależności od min. prędkości wiatru wystarczającej do efektywnej pracy siłowni wiatrowej potencjalnie odpowiednie warunki występują na dużych obszarach Przedgórza Zachodniosudeckiego i obszarach nizinnych. Wyniki badań wietrzności jednoznacznie wskazują, że najbardziej niekorzystnymi warunkami charakteryzują się kotliny śródgórskie []. Wiatr jako źródło energii jest dobrą alternatywą dla paliw kopalnych. Wiąże się to z wszechobecnością wiatru, jego szeroką dostępnością i brakiem emisji zanieczyszczeń. Turbiny wiatrowe zamieniają energię kinetyczną wiatru w energię mechaniczną, która w konsekwencji przekształcana jest w energię elektryczną. Największe budowane dziś turbiny wiatrowe osiągają moc ponad MW (Enercon E-). Rozpatrywanie przepływów zachodzących w turbinie wiatrowej jest bardzo skomplikowane. Szerokie zmiany kątów natarcia strugi, turbulencje, zawirowania, zniekształcenia spowodowane opływem wieży i inne zaburzenia powodują wiele komplikacji w ich analizie. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Ze względu na znaczącą zmienność mocy energii wiatru od prędkości ważne jest precyzyjne określenie potencjału energii z wiatru. W przypadku szacowania potencjału technicznego możliwych do wykorzystania określa się częstości występowania prędkości progowych wiatru: minimalnej i maksymalnej. Wyznaczają one zakres prędkości wiatru w jakich możliwa jest produkcja energii. Wartości prędkości progowych uzależnione są od konstrukcji elektrowni wiatrowych. Z reguły minimalna prędkość progowa tzw. prędkość startowa wynosi ok. m/s, natomiast prędkość maksymalna tzw. prędkość wyłączenia ok. m/s. Zaawansowane metody określania potencjału energii wiatrowej muszą uwzględniać zatem dane pomiarowe, dla których tworzy się statystyczny rozkład prędkości wiatru. L O K A L I Z A C J A M A Ł Y C H E L E K T O W N I W I A T R O W Y C H Coraz bardziej popularne w Polsce stają się małe przydomowe elektrownie wiatrowe o mocach poniżej kw. Mogą one służyć jako dodatkowe źródło energii, które w pewnym stopniu uniezależnia od sieci energetycznej lokalnego dystrybutora []. Do lokalizacji małych elektrowni wiatrowych najlepiej nadają się tereny wiejskie o otwartych przestrzeniach. Wiele obszarów wykazuje lokalnie znacznie lepsze warunki wietrzne niż wynikałoby to z przynależności do stref wietrznych określonych przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW). Lepsze warunki wietrzności wynikać mogą z korzystnego ukształtowania terenu. Podstawą budowy elektrowni wiatrowej jest rzetelny audyt wietrzności. Jest to szczegółowe badanie wszystkich kluczowych elementów, które określają, czy dany obszar jest odpowiedni dla rozwoju energetyki wiatrowej. Zawiera on między innymi oszacowanie minimalnej energii, którą może wyprodukować urządzenie ustawione na maszcie o danej wysokości i w określonym miejscu. Pomiar wiatru (zalecany jest miesięczny okres) odbywa się za pomocą masztu pomiarowego ustawionego na danej wysokości []. Schemat poniżej pokazuje, jakie przeszkody dla wiatru mogą występować i w jaki sposób ich uniknąć. Rysunek.. Lokalizacja różnych turbin wiatrowych (Źródło: ) Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU M E T O D Y K A P O M I A R Ó W Wiatr to poziomy ruch powietrza względem powierzchni Ziemi spowodowany różnicą ciśnienia atmosferycznego, gdzie powietrze przemieszcza się od wyższego do niższego ciśnienia. Energia kinetyczna wiatru, czyli przemieszczających się mas powietrza jest praktycznie niewyczerpalna. Prędkość wiatru, a więc i także i energia, jaką można z niego uzyskać, zmienia się dla danej lokalizacji zarówno w ciągu doby jak i w poszczególnych miesiącach i porach roku. Zasoby energii wiatru są możliwe do oszacowania na podstawie analizy cech klimatycznych i fizycznych obszaru, są to m.in.: rozkłady prawdopodobieństwa prędkości i kierunków wiatru, średnie prędkości wiatru, cechy geomorfologiczne oraz tzw. szorstkość terenu, na którą wpływ mają m.in. szata roślinna, sposób użytkowana terenu i zabudowa. Czynniki te modyfikują cyrkulację atmosferyczną i wielkość energii elektrycznej wiatru []. Badania warunków wietrznych na danym obszarze polegają na określeniu dwóch jego cech: kierunku i prędkości. Kierunek wiatru określa kierunek, z którego wieje wiatr. Mierzony jest od kierunku północy geograficznej i najczęściej wyrażony jest w stopniach. Prędkość wiatru to droga jaką powietrze przebywa względem urządzenia pomiarowego w jednostce czasu. Mierzona jest anemometrami i wyrażana w m/s, a prędkość wiatru mierzona jest w okresach minutowych. Obszar przedmiotowej oceny obejmuje działkę geodezyjną nr / w obrębie Piotrkowice gm. Prusice o powierzchni, ha. Najbliższe zabudowania względem lokalizacji masztu pomiarowego położone są w odległości około m w kierunku południowym (Rys.) Współrzędne geograficzne masztu pomiarowego określają następujące parametry: N = ''' E = '''. Rysunek.. Wizualizacja D terenu wokół masztu pomiarowego wraz z różą wiatrów. Pomiary prędkości wiatru w miejscowości Piotrkowice wykonano za pomocą specjalistycznego metrowego masztu pomiarowego. Maszt został wyposażony w trzy czujniki prędkości i kierunku wiatru, rejestrator danych, czujnik wilgotności i temperatury, czujnik ciśnienia atmosferycznego oraz automatyczne zasilanie i sygnalizacje ostrzegawczą. Kierunki i prędkości wiatru były mierzone na trzech wysokościach:, i m n.p.t. od stycznia do grudnia roku z minutowym interwałem zapisu danych. Wynikiem są otrzymane surowe ciągi danych: data, godzina, średnie -minutowe dla prędkości i kierunków wiatru, a także wilgotności, temperatury i ciśnienia powietrza. Dane te służą do odtworzenia lokalnego klimatu wietrzności dla projektowanej farmy wiatrowej. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU A N A L I Z A P O T E N C J A Ł U E N E R G I I W I A T R O W E J N A T E R E N I E G M I N Y Celem przeprowadzonych badań było uzyskanie uszczegółowionych informacji o potencjalnej energii wiatru na terenie gminy Prusice, z uwzględnieniem cech szorstkości podłoża. Na podstawie zebranych danych z masztu pomiarowego możliwe było: wyznaczenie dokładnych parametrów wiatru jak: kierunek oznaczający, skąd wieje wiatr, określony za pomocą róży wiatrów; prędkość wyrażana najczęściej w m/s. Analizowana seria pomiarowa prędkości wiatru obejmuje, N = pomiarów zarejestrowanych od stycznia do grudnia. Przebiegi zmienności prędkości wiatru na wysokościach:, i m n.p.t. zostały przedstawione na rysunkach poniżej:. H = m Średnia prędkość wiatru........... sty- lut- mar- kwi- maj- cze- lip- sie- wrz- paź- lis- gru-. H = m Średnia prędkość wiatru........... sty- lut- mar- kwi- maj- cze- lip- sie- wrz- paź- lis- gru- Strona

m/s OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU.. H = m Średnia prędkość wiatru.......... sty- lut- mar- kwi- maj- cze- lip- sie- wrz- paź- lis- gru- Rysunek.. Przebiegi zmienności prędkości wiatru na wysokościach Zauważyć można różnice pomiędzy okresami prędkości maksymalnej i minimalnej. Prędkości maksymalne obserwowane są w okresie grudzień, styczeń; natomiast najniższe w okresie letnim: liepiec i sierpień (Rys.)....... średnia - m n.p.t. średnia - m n.p.t. średnia - m n.p.t.. styczeń luty marzec kwiecień maj czerwiec lipiec sierpień wrzesien październik listopad grudzień Rysunek.. Średnie prędkości wiatru w poszczególnych miesiącach Siłę i kierunek wiejącego wiatru na wysokości:, i m n.p.t. zaprezentowano za pomocą róży wiatrów utworzoną w specjalistycznym programie WindRose Pro firmy Enviroware i zaprezentowano na rysunkach poniżej. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU. a) analiza siły i kierunku wiejącego wiatru na wysokości m n.p.t.- wartości roczne NNW.. N NNE Prędkość wiatru (m/s) NW. NE. WNW W.... ENE E WSW ESE SW SE SSW S SSE Tab.. Częstość [] występowania dominujących i drugorzędnych kierunków wiatru wartości roczne Kierunek wiatru N NNE NE WNW NW NNW Suma Częstość występowania wiatru [] Średnia prędkość wiatru [m/s],,,,,,,,,,,,, - Na podstawie rocznej róży wiatrów można odczytać, że dominującym kierunkiem wiatru jest kierunek północny i stanowi on. udziału wiatru w roku. Obserwowane średne prędkości wiatru dla kierunków głównych (N) są zazwyczaj nieco wyższe niż średnia dla całego roku [], jest to odpowiednio,m/s i,m/s. Kierunek drugorzędny przypada na sektory od NNWdo NE. W tabeli poniżej zaprezentowano procentowy udział poszczególnych przedziałów prędkości wiatru w rozbiciu na dominujące kierunki. Strona

Tab.. Częstość [] poszczególnych przedziałów prędkości wiatru w rozbiciu na dominujące kierunki OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Zakres prędkości wiatru [m/s] N częstość [] NNE -,, -,, -,, -,, -,, -,, -,, -,, >,, SUMA,, Z analizy wynika, że w całym badanym okresie dominują wiatry o prędkościach w zakresie od m/s do m/s, łączenie ponad, gdzie największy udział bo aż, zawiera się w przedziale od m/s do m/s, oraz, w przedziale od m/s do m/s. Rysunek.. Wizualizacja przestrzenna róży wiatrów m n.p.t. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU. b) analiza siły i kierunku wiejącego wiatru na wysokości m n.p.t. w ciągu nocy NNW. N NNE Prędkość wiatru (m/s). NW. NE. WNW W.... ENE E WSW ESE SW SE SSW S SSE Tab.. Częstość [] występowania dominujących i drugorzędnych kierunków wiatru wartości w ciągu nocy Kierunek wiatru N NNE NE WNW NW NNW Suma Częstość występowania wiatru [] Średnia prędkość wiatru [m/s],,,,,,,,,,,,, - Na podstawie rocznej róży wiatrów w ciągu nocy można odczytać, że dominującym kierunkiem wiatru jest północny i stanowi on. udziału wiatru w roku. Kierunek drugorzędny przypada na sektory od NNWdo NE. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU. c) analiza siły i kierunku wiejącego wiatru na wysokości m n.p.t. w ciągu dnia NNW.. N NNE Prędkość wiatru (m/s) NW. NE. WNW W.... ENE E WSW ESE SW SE SSW S SSE Tab.. Częstość [] występowania dominujących i drugorzędnych kierunków wiatru wartości w ciągu dnia Kierunek wiatru N NNE NE WNW NW NNW Suma Częstość występowania wiatru [] Średnia prędkość wiatru [m/s],,,,,,,,,,,,, - Na podstawie rocznej róży wiatrów w ciągu dnia można odczytać, że dominującym kierunkiem wiatru jest północny, nie zmina on swoich wartości w ciągu całego roku jak i w ciągu nocy. Kierunek drugorzędny przypada na sektory od NNWdo NE. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU. a) analiza siły i kierunku wiejącego wiatru na wysokości m n.p.t. - wartości roczne NNW.. N NNE Prędkość wiatru (m/s) NW. NE. WNW W.... ENE E WSW ESE SW SE SSW S SSE Tab.. Częstość [] występowania dominujących i drugorzędnych kierunków wiatru wartości roczne Kierunek wiatru N NNE NE WNW NW NNW Suma Częstość występowania wiatru [] Średnia prędkość wiatru [m/s],,,,,,,,,,,,, - Na podstawie rocznej róży wiatrów można odczytać, że dominującym kierunkiem wiatru jest kierunek północny i stanowi on. udziału wiatru w roku. Obserwowane średne prędkości wiatru dla kierunków głównych (N) są zazwyczaj nieco wyższe niż średnia dla całego roku [], jest to odpowiednio,m/s i,m/s. Kierunek drugorzędny przypada na sektory od NNWdo NE. W tabeli poniżej zaprezentowano procentowy udział poszczególnych przedziałów prędkości wiatru w rozbiciu na dominujące kierunki. Strona

Tab.. Częstość [] poszczególnych przedziałów prędkości wiatru w rozbiciu na dominujące kierunki OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Zakres prędkości wiatru [m/s] N częstość [] NNE -,, -,, -,, -,, -,, -,, -,, -,, >,, SUMA,, Z analizy wynika, że w całym badanym okresie dominują wiatry o prędkościach w zakresie od m/s do m/s, łączenie ponad, gdzie największy udział bo aż, zawiera się w przedziale od m/s do m/s, oraz, w przedziale od m/s do m/s. Rysunek.. Wizualizacja przestrzenna róży wiatrów m n.p.t. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU. b) analiza siły i kierunku wiejącego wiatru na wysokości m n.p.t. w ciągu nocy NNW.. N NNE Prędkość wiatru (m/s) NW. NE. WNW W.... ENE E WSW ESE SW SE SSW S SSE Tab.. Częstość [] występowania dominujących i drugorzędnych kierunków wiatru wartości w ciągu nocy Kierunek wiatru N NNE NE WNW NW NNW Suma Częstość występowania wiatru [] Średnia prędkość wiatru [m/s],,,,,,,,,,,,, - Na podstawie rocznej róży wiatrów w ciągu nocy można odczytać, że dominującym kierunkiem wiatru jest północny i stanowi on. udziału wiatru w roku. Kierunek drugorzędny przypada na sektory od NNWdo NE. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU. c) analiza siły i kierunku wiejącego wiatru na wysokości m n.p.t. w ciągu dnia NNW.. N NNE Prędkość wiatru (m/s) NW. NE. WNW W.... ENE E WSW ESE SW SE SSW S SSE Tab.. Częstość [] występowania dominujących i drugorzędnych kierunków wiatru wartości w ciągu dnia Kierunek wiatru N NNE NE WNW NW NNW Suma Częstość występowania wiatru [] Średnia prędkość wiatru [m/s],,,,,,,,,,,,, - Na podstawie rocznej róży wiatrów w ciągu dnia można odczytać, że dominującym kierunkiem wiatru jest północny i stanowi, udziału wiatru w ciągu roku. Kierunek drugorzędny przypada na sektory od NNWdo NE. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU. a) analiza siły i kierunku wiejącego wiatru na wysokości m n.p.t. - wartości roczne NNW.. N NNE Prędkość wiatru (m/s) NW. NE. WNW W.... ENE E WSW ESE SW SE SSW S SSE Tab.. Częstość [] występowania dominujących i drugorzędnych kierunków wiatru wartości roczne Kierunek wiatru N NNE NE WNW NW NNW Suma Częstość występowania wiatru [] Średnia prędkość wiatru [m/s] Częstość występowania wiatru [] Średnia prędkość wiatru [m/s] Cały rok,,,,,,,,,,,, Cały rok - dzień,,,,,,,,,,,,, -, - Częstość występowania wiatru [] Średnia prędkość wiatru [m/s] Cały rok - noc,,,,,,,,,,,,, - Na podstawie rocznej róży wiatrów można odczytać, że dominującym kierunkiem wiatru jest kierunek północny i stanowi on. udziału wiatru w roku. Obserwowane średne prędkości wiatru dla kierunków głównych (N) są zazwyczaj nieco wyższe niż średnia dla całego roku [], jest to odpowiednio,m/s i,m/s. Kierunek drugorzędny przypada na sektory od NNWdo NE. W tabeli poniżej zaprezentowano procentowy udział poszczególnych przedziałów prędkości wiatru w rozbiciu na dominujące kierunki. Strona

Tab.. Częstość [] poszczególnych przedziałów prędkości wiatru w rozbiciu na dominujące kierunki OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Zakres prędkości wiatru [m/s] N częstość [] NNW -,, -,, -,, -,, -,, -,, -,, -,, >,, SUMA,, Z analizy wynika, że w całym badanym okresie dominują wiatry o prędkościach w zakresie od m/s do m/s, łączenie ponad, gdzie największy udział bo aż, zawiera się w przedziale od m/s do m/s, oraz, w przedziale od m/s do m/s. Rysunek.. Wizualizacja przestrzenna róży wiatrów m n.p.t. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Z punktu widzenia zastosowania energii do ogrzewania pomieszczeń wiatru porównano jego roczny przebieg zmienności z temperaturą i przedstawiono w zależności od mierzonej wysokości:, i m n.p.t. na rysunku. Wyraźnie widać, że okres zapotrzebowania na energię w znacznej mierze pokrywa się z okresem wzmożonego występowania wiatru. Czyli jesienią i zimą wieje najmocniej a wtedy właśnie mamy największe zapotrzebowanie na energię. Średnia roczna prędkość wiatru osiągnęła tu,m/s na wysokości m. Tak niska prędkość wiatru jest typowa dla instalacji małych elektrowni wiatrowych.......... sty- lut- mar- kwi- maj- cze- lip- sie- wrz- paź- lis- gru- -. -. -. H = m Średnia prędkość wiatru Temperatura [C ]......... sty- lut- mar- kwi- maj- cze- lip- sie- wrz- paź- lis- gru- -. -. -. H = m Średnia prędkość wiatru Temperatura [C ] Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU......... sty- lut- mar- kwi- maj- cze- lip- sie- wrz- paź- lis- gru- -. -. -. H = m Średnia prędkość wiatru Temperatura [C ] Rysunek. Przebieg zmian temperatury i prędkości wiatru w rozważanej lokalizacji Strona

Częstość, fi OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU ANALIZA STATYSTYCZNA HISTOGRAMÓW PRĘDKOŚCI WIATRU Podstawowym przedmiotem analizy jest rozkład prędkości wiatru w ciągu roku. Na jego podstawie wyznacza się procentowy czas występowania wiatru o określonych prędkościach w okresie roku, a w efekcie i produkcję energii przez elektrownię wiatrową. W tym celu posłużono się histogramem. Ustalono szerokości przedziałów klas v =,m/s i pogrupowano dane, dzięki czemu można było określić liczebność klas ni, czyli ilość wystąpień prędkości wiatru w każdej, i-tej klasie. Z pojęciem liczebności wiąże się częstość fi, określona jako stosunek liczebności do ilości wszystkich danych pomiarowych []: f i = n i N [] Częstość fi można interpretować jako prawdopodobieństwo wystąpienia wiatru w i-tym przedziale prędkości. Jeżeli odniesiemy to do podstawowego okresu pomiarowego (oznaczany jako T), jakim jest jeden rok, to można wyznaczyć czas trwania (tt) w ciągu jednego roku wiatru o prędkości średniej vi w danym przedziale []: t(v = v i ) = t i = f i, [h/rok] [] Na podstawie wyżej przedstawionych wzorów możliwe jest wykreślenie rozkładu empirycznego prędkości wiatru w formie histogramu. Jest on funkcją częstości prędkości wiatru dla poszczególnych przedziałów klasowych. Empiryczną częśtość występowania średnich (-minutowych) prędkości wiatru na poszczególnych wysokościach pomiarowych, w klasach co, m/s zamieszczono na rysunkach poniżej.... Średnia prędkość wiatru:, m/s........ Prędkość, m/s Rysunek. Częstość roczna występowania średnich (-minutowych) prędkości wiatru m n.p.t. Strona

Częstotliwość, fi Częstość, fi OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU.. Średnia prędkość wiatru:, m/s......... Prędkość, m/s Rysunek. Częstość roczna występowania średnich (-minutowych) prędkości wiatru m n.p.t... Średnia prędkość wiatru:, m/s......... Prędkość, m/s Rysunek. Częstość roczna występowania średnich (-minutowych) prędkości wiatru m n.p.t. Uzyskane histogramy wskazują, iż w rozpatrywanej lokalizacji na poszczególnych wysokościach pomiarowych, przeważający udział mają wiatry o prędkościach w zakresie od m/s do m/s. Do charakterystyki czasowej wiatru określającej częstość występowania poszczególnych prędkości wiatru stosuje się funkcję rozkładu prawdopodobieństwa. Najczęściej stosowanym modelem jest -parametryczny rozkład Weibulla określony wzorem: f(v) = α α β (v β ) exp ( ( v α) β ) [] dla: v > gdzie: f(v) częstość pojawiania się prędkości wiatru o wartości v, α parametr kształtu, β parametr skali. Strona

Gęstość prawdopodobieństwa OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Występujący w powyższym równaniu parametr kształtu α charakteryzuje zmienność prędkości wiatru w stosunku do uśrednionej wartości prędkości wiatru za badany okres. Parametry kształtu o wielkości. lub. są charakterystyczne dla miejsc o niewielkiej zmienności średniej prędkości do wartości średniej. Niskie wartości parametru k rzędu.,.,. specyficzne są dla lokalizacji o dużej zmienności warunków wiatrowych w odniesieniu do wartości uśrednionych prędkości wiatru []. Na rysunkach, i przedstawiono rozkłady prędkości wiatru z dopasowanym rozkładem Weibulla..... Średnia prędkość wiatru:, m/s Histogram prędkości wiatru Rozkład Weibulla prędkości wiatru....... Prędkość, m/s Rysunek. Histogram prędkości wiatru oraz dopasowany modelem Weibulla rozkład prędkości wiatru m n.p.t. W tabeli przedstawione zostały częstości występowania wiatru o danej prędkości obliczone z wysokości m n.p.t. z rozkładu Weibulla. prędkość wiatru [m/s] Tab... Częstość występowania poszczególnych klas prędkości wiatru z rozkładu Weibulla - m n.p.t. częstość [] występowania z rozkładu Weibulla prędkość wiatru [m/s] częstość [] występowania z rozkładu Weibulla,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Strona

Gęstość prawdopodobieństwa OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU.... Średnia prędkość wiatru:, m/s Histogram prędkości wiatru Rozkład Weibulla prędkości wiatru....... Prędkość, m/s Rysunek. Histogram prędkości wiatru oraz dopasowany modelem Weibulla rozkład prędkości wiatru m n.p.t. W tabeli przedstawione są częstości występowania wiatru o danej prędkości z wysokości m n.p.t. obliczone z rozkładu Weibulla. prędkość wiatru [m/s] Tab.. Częstość występowania poszczególnych klas prędkości wiatru z rozkładu Weibulla - m n.p.t. częstość [] występowania z rozkładu Weibulla prędkość wiatru [m/s] częstość [] występowania z rozkładu Weibulla,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Strona

Gęstość prawdopodobieństwa OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU.... Średnia prędkość wiatru:, m/s Histogram prędkości wiatru Rozkład Weibulla prędkości wiatru....... Prędkość, m/s Rysunek. Histogram prędkości wiatru oraz dopasowany modelem Weibulla rozkład prędkości wiatru m n.p.t. W tabeli przedstawione są częstości występowania wiatru o danej prędkości obliczone z wysokości m n.p.t. z rozkładu Weibulla. prędkość wiatru [m/s] Tab.. Częstość występowania poszczególnych klas prędkości wiatru z rozkładu Weibulla - m n.p.t. częstość [] występowania z rozkładu Weibulla prędkość wiatru [m/s] częstość [] występowania z rozkładu Weibulla,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Z analizowanych danych wynika, że w całym okresie badań na różnych wysokościach wiatr osiągał najczęściej prędkość ok. - m/s (łącznie około - występowania w ciągu roku). Zarejestrowane podmuchy wiatru o prędkości ponad m/s miały niewielki udział w analizowanej lokalizacji. Prędkości wiatru powyżej zakresu pracy małej elektrowni wiatrowej ( > m/s) stanowią znikomy udział w rozkładzie prawdopodobieństwa. W analizowanym okresie cisze występowały od na wysokości m n.p.t. do, na wysokości m n.p.t. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU MOC WIATRU Prędkość wiatru ma podstawowy wpływ na jego moc ponieważ jest wyrażana w trzeciej potędze. Dwa razy większa prędkość wiatru to razy większa jego moc. Potencjał teoretyczny oszacowano przy założeniu stuprocentowej sprawności przetworzenia energii kinetycznej wiatru w energię elektryczną. Moc wiatru traktowanego jako gaz o gęstości ρ przepływający przez powierzchnię A z prędkością v jest określona zależnością []: P = ρ v śr A [] gdzie: P moc energii wiatrowej, [W], ρ gęstość powietrza, kg/m, vśr prędkość wiatru, m/s, A powierzchnia, przez którą przepływa strumień powietrza, m. Do obliczeniach przyjęto gęstość powietrza równą, kg/m, która występuje przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym ( hpa) i temperaturze powietrza ºC. Jako powierzchnie, przez którą przypływa strumień powietrza określono jako m oraz średnioroczną prędkość wiatru uzyskaną z pomiarów. gdzie: Moc jednostkową wiatru w i-tym przedziale prędkości jest określona zależnością: P i moc jednostkowa wiatru, [W/m ]. P i = ρ v i =, v [] Wykorzystując powyższe wyniki obliczeń z równania [] oszacowano czas trwania wiatru w poszczególnych przedziałach jego prędkości v i v według formuły: gdzie: f(v) rozkład Weibulla, T liczba godzin w roku (h). v t = T f(v)dv,, [Wh] [] v Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Tab.. Wyniki obliczeń w zależności od wysokości anemometru Przedział prędkości wiatru Moc jednostkowa wiatru (teoretyczna) Moc jednostkowa wiatru Moc jednostkowa wiatru Moc jednostkowa wiatru dvi Pwi Pewi Pewi Pewi [m/s] [W/m] [W/m] [W/m] [W/m] m n.p.t. m n.p.t. m n.p.t.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, -,,, Strona

Moc, W/m OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU... m n.p.t. m n.p.t. m n.p.t........ Prędkość, m/s Rysunek. Moc wiatru w zależności od wysokości anemometru Z przeprowadzonych obliczeń (tab.) wynika, iż w analizowanej lokalizacji w ciągu jednego roku przez powierzchnię m przepływa odpowiednio od wysokości strumień wiatru o mocy:,,, oraz, W/m. Dominują wiatry o prędkościach w zakresie od m/s do m/s. Czas trwania wiatru w tym przedziale wynosi średnio na wszystkich wysokościach godziny rocznie, co stanowi czasu w roku. Czas trwania wiatru o prędkościach od m/s do m/s wynosi tutaj odpowiednio: godzin m n.p.t., godzin m n.p.t. oraz godzin m n.p.t. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU SZACOWANIE WIELKOŚCI PRODUKCJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ Otrzymany rozkład gęstości prawdopodobieństwa Weibulla, stanowi podstawę do wyboru typu elektrowni wiatrowej i określenia jej wydajności energetycznej. Na podstawie charakterystyki elektrowni, czyli zależności mocy elektrowni od prędkości wiatru podawanej przez producenta wykonano obliczenia wydajności energetycznej []. Dane producenta zawierają informacje o prędkości startu elektrowni wiatrowej, tj. prędkość, przy której zostaje ona włączona do pracy. Wynosi ona zwykle od, m/s dla małych konstrukcji do około, m/s dla większych mocy. Wyłączenie elektrowni występuje zazwyczaj przy prędkości wiatru m/s. Dla elektrowni małych mocy prędkość wyłączenia może być większa, np. m/s. Małe elektrownie wiatrowe to obiekty z turbinami o średnicy mniejszej niż m mocy poniżej kw. Jednak większość małych turbin wiatrowych ma średnicę około metrów i moce w zakresie od kw do kw. Bardzo małe elektrownie wiatrowe to urządzenia z turbinami o mocy kw lub mniejszej z średnicą wirnika mniejszą niż m. Średnie turbiny wiatrowe to obiekty mające średnicę wirnika (-) metrów i moc (-) kw. Dysponując obliczonymi wcześniej danymi i charakterystykami elektrowni wiatrowych obliczono wartość mocy ( Pewi) dla prędkości wiatru ( vi) kolejnych przedziałów klasowych (tab.,,, ). Następnie obliczono energię techniczną (Eewi, Etch ) wyprodukowaną przez elektrownię w ciągu jednego roku w kolejnym i-tym przedziale klasowym: E ewi = P ewi t i = P ewi f i T, [Wh] [] Lub korzystając bezpośrednio z zależności: gdzie: E ewi = T v [P v tch(v)f(v)]dw [] F tch E ewi potencjał energii wiatrowej technicznie możliwe do pozyskania [kw h], P tch moc siłowni wiatrowej przy prędkości wiatru v, wg krzywej mocy [kw], F tch powierzchnia wirnika [m ]; v prędkość startowa [m/s] (zgodnie z krzywymi mocy), v prędkość wyłączenia [m/s] (zgodnie z krzywymi mocy). Całkowita energia wytworzona w ciągu roku przez elektrownię jest sumą energii składowych ze wszystkich przedziałów: k E ew = E ewi, [Wh] [] i= Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Potencjał energii wiatrowej możliwy techniczne do wykorzystania określono dokonując wyboru dostępnych na ryku urządzeń. Dla celów obliczeniowych wybrano następujące siłownie wiatrowe: - dla domku letniskowego ZEFIR D-P-T o mocy kw, - dla domu jednorodzinnego ZEFIR D-P-T o mocy kw, - dla gospodarstwa rolnego ZEFIR D-P-T o mocy kw, - dla domu kultury, szkoły, kościoła ZEFIR D-P-T o mocy kw. Elektrownia ZEFIR D-P-T w przeciętnej lokalizacji (,m/s na m) można się spodziewać rocznej produkcji energii na poziomie kwh. Elektrownia ZEFIR D-P-T w przeciętnej lokalizacji (,m/s na m) na poziomie kwh []. Zaletą małych siłowni wiatrowych jest to, że stosując odpowiednie rozwiązania można je włączać w sieć energetyczną bez konieczności stosowania transformatora. Podstawowe parametry techniczne przyjętej do rozważań siłowni o małej mocy pobrano z katalogu producenta. Siłownia o mocy nominalnej kw posłużyła do określenia potencjału energii wiatru na wysokościach oraz m n.p.t. Tab.. Główne parametry małych i średnich elektrowni wiatrowych serii ZEFIR TYP ELEKTROWNI WIATROWEJ ZEFIR D-P-T ZEFIR D-P-T ZEFIT D-P-T ZEFIR D-P-T Średnica wirnika Dw[m],,,, Moc nominalna PN[kW],,,, Startowa prędkość wiatru Vs[m/s],,,, Prędkość wiatru dla mocy nominalnej VR[m/s] Maksymalna prędkość wiatru pracy el. VM[m/s] Prędkość wiatru przetrwania kontr. Vextr[m/s] Pow. Wirnika/ na moc generatora S[m /kw] Obliczeniowa prędkość wiatru w osi Vw[m/s] Prędkość obrotowa nominalna wirnika nn[rpm] Zakres prędkości obrotowych wirnika Δn[rpm],,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Obliczenia przeprowadzono przy założeniu, że wysokość prowadzonych pomiarów prędkości wiatru jest równa wysokości zawieszenia osi wirnika elektrowni. Na podstawie danych producentów określono moc elektrowni (Pewi) dla prędkości wiatru (vi) z kolejnych przedziałów klasowych. Na tej podstawie, korzystają z obliczonego już wcześniej czasu trwania wiatru w poszczególnych przedziałach prędkości, wyznaczono energię Eewi wyprodukowaną przez elektrownię w ciągu jednego roku w każdym przedziale (dvi). Suma wszystkich energii cząstkowych według wzoru (Eewi) daje energię roczną. Rezultaty obliczeń zamieszczono z każdej wysokości w tabelach -. Kolejnym zagadnieniem godnym uwagi jest sprawność energetyczna analizowanych siłowni. Do siłowni dostarczana jest energia proporcjonalna do powierzchni zakreślanej przez łopaty wirników. Na tej podstawie można określić ich sprawność energetyczną. Uzyskane wartości sprawności są charakterystyczne dla tego typu urządzeń i nie odbiegają od spotykanych w praktyce. Należy jednak pamiętać, że największy udział wytworzonej energii w turbinach wiatrowych wcale nie pochodzi z wiatrów najczęstszych ("średnich"), tylko tych nieco mocniejszych, co dobrze obrazują poniższe tabele (wysokość anemometru m n.p.t.): Strona

Ilość wyprodukowanej energii, kwh OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Tab.. Ilość wyprodukowanej energii w poszczególnych przedziałach prędkości dla turbiny wiatrowej kw ZEFIR D-P-T - kw Przedział prędkości wiatru Moc elektrowni wiatrowej Energia w przedziale i Energia w przedziale i Współczynnik wykorzystania mocy maksymalnej dvi Pewi Ewi Ewi - [m/s] [kw] [kwh/rok] [MWh/rok] [],,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, SUMA,,,.. Ilość wyprodukowanej energii....... Strona. Prędkość wiatru, m/s

Ilość wyprodukowanej energii, kwh OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Tab.. Ilość wyprodukowanej energii w poszczególnych przedziałach prędkości dla turbiny wiatrowej kw ZEFIR D-P-T- kw Przedział prędkości wiatru Moc elektrowni wiatrowej Energia w przedziale i Energia w przedziale i Współczynnik wykorzystania mocy maksymalnej dvi Pewi Ewi Ewi - [m/s] [kw] [kwh/rok] [MWh/rok] [],,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, SUMA,,,.. Ilość wyprodukowanej energii......... Prędkość wiatru, m/s Strona

Ilość wyprodukowanej energii, kwh OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Tab.. Ilość wyprodukowanej energii w poszczególnych przedziałach prędkości dla turbiny wiatrowej kw ZEFIR D-P-T- kw Przedział prędkości Moc elektrowni Energia w Energia w Współczynnik wykorzystania wiatru wiatrowej przedziale i przedziale i mocy maksymalnej dvi Pewi Ewi Ewi - [m/s] [kw] [kwh/rok] [MWh/rok] [],,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, SUMA,,,.. Ilość wyprodukowanej energii......... Strona Prędkość wiatru, m/s

Ilość wyprodukowanej energii, kwh OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Tab.. Ilość wyprodukowanej energii w poszczególnych przedziałach prędkości dla turbiny wiatrowej kw ZEFIR D-P-T- kw Przedział prędkości wiatru Moc elektrowni wiatrowej Energia w przedziale i Energia w przedziale i Współczynnik wykorzystania mocy maksymalnej dvi Pewi Ewi Ewi - [m/s] [kw] [kwh/rok] [MWh/rok] [],,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, SUMA,,,.. Ilość wyprodukowanej energii......... Prędkość wiatru, m/s Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Uwzględniono również sprawność elektryczną generatora elektrowni wiatrowej, która wynosi,. Dlatego, do szacowania ilości generowanej energii elektrycznej, przyjęto współczynnik korygujący, (,*,), uzyskując wartość produkcji energii elektrycznej netto []. Tab.. Ilość wyprodukowanej energii w zależności od zastosowanej turbiny wiatrowej m n.p.t. Ilość wyprodukowanej energii Współczynnik Rodzaj turbiny brutto netto - wykorzystania mocy maksymalnej,, kwh ZEFIR D-P-T - kw,, MWh, ZEFIR D-P-T- kw ZEFIR D-P-T- kw ZEFIR D-P-T- kw,,,, kwh MWh,, kwh,, MWh,, kwh,, MWh,,, Z rezultatów obliczeń wynika, iż elektrownia o mocy kw wyprodukuje w ciągu roku, przy danych warunkach wiatrowych, MWh energii brutto, natomiast elektrownia o mocy kw jest w stanie wyprodukować około MWh energii brutto. Dla wysokości m i m n.p.t. szczegółowe wyniki obliczeń zawarto w załącznikach na końcu opracowania, natomiast zbiorcze dane zestawiono w tabeli i poniżej: Tab.. Ilość wyprodukowanej energii w zależności od zastosowanej turbiny wiatrowej - m n.p.t. Ilość wyprodukowanej energii Współczynnik Rodzaj turbiny brutto netto - wykorzystania mocy maksymalnej,, kwh ZEFIR D-P-T- kw,, MWh, ZEFIR D-P-T- kw ZEFIR D-P-T- kw,, kwh,, MWh,, kwh,, MWh,, Tab.. Ilość wyprodukowanej energii w zależności od zastosowanej turbiny wiatrowej - m n.p.t. Ilość wyprodukowanej energii Współczynnik Rodzaj turbiny brutto netto - wykorzystania mocy maksymalnej,, kwh ZEFIR D-P-T - kw,, MWh, ZEFIR D-P-T- kw ZEFIR D-P-T- kw ZEFIR D-P-T- kw,,,, kwh MWh,, kwh,, MWh,, kwh,, MWh,,, Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU ZASTOSOWANIE MAŁYCH I ŚREDNICH TURBIN WIATROWYCH Małe elektrownie wiatrowe znajdują szerokie zastosowanie do zasilania samodzielnych systemów telekomunikacyjnych i nawigacyjnych, gospodarstw oraz domów letniskowych, pompowni, oświetlenia wolnostojących obiektów oraz wielu innych systemów znajdujących się w znacznej odległości od sieci energetycznej. Małe elektrownie wiatrowe często współpracują w systemach hybrydowych z modułami fotowoltaicznymi. Taka kombinacja to niezawodne i optymalne rozwiązanie zaspokajające zapotrzebowanie na energię []. Rysunek. Różne zastosowania małych elektrowni wiatrowych (Źródło: ) POTENCJAŁ ENERGETYCZNY WIATRU NA RÓŻNYCH WYSOKOŚCIACH W przypadku gdy elektrownia będzie na wyższym lub niższym maszcie, należy dokonać ekstrapolacji otrzymanych wyników prędkości wiatru według wzorów []: lub: v = ( h α ) v h E = ( h α ) E h [] [] gdzie: v prędkość wiatru na wysokości h, E energia na wysokości h, α wykładnik o wartości zależnej od szorstkości terenu, wyznaczany doświadczalnie lub dobierany w przybliżeniu z tablic. We wzorze tym istotna rolę odgrywa tzw. szorstkość terenu. Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Tab.. Charakterystyka klas szorstkości terenu, wysokości wiatru gradientowego HG oraz wartości wykładnika potęgowego α w zależności od współczynnika szorstkości K [] Klasa Opis terenu szorstkości Współczynnik szorstkości K Wykładnik potęgowy α,,,,,,,,,,,, Teren płaski otwarty, na którym wysokość nierówności jest mniejsza od, 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. m od miejsca obserwacji. Teren z licznymi dużymi przeszkodami położonymi blisko siebie, obszary leśne, centra dużych miast Rysunek. Graficzna interpretacja szorstkości terenu do wyboru wartości współczynnika α we wzorze Suttona (Źródlo:) Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU Zwiększenie wysokości posadowienia wirnika w terenach o wysokiej szorstkości jest bardziej korzystne niż w terenach o niskiej szorstkości. Ale w terenach o wyższej szorstkości występują większe zawirowania strug powietrza. Do analizy wykorzystano dane pomierzone na wysokości m n.p.t. Tab.. Ilość energii produkowanej po ekstrapolacji danych do wysokości osi wirnika. TYP ELEKTROWNI WIATROWEJ ZEFIR D-P-T ZEFIT D-P-T ZEFIR D-P-T Średnica wirnika Dw[m]=,,, Wysokość osi wirnika Hw[m]=,,, Energia na wysokości osi wirnika E[kWh]=,,, ESTYMACJA WYNIKÓW Jako estymatora, dostarczającego ilościowej informacji o dopasowaniu teorii do danych, użyto klasycznego estymatora, będącego pierwiastkiem kwadratowym z sumy kwadratów odchyleń. Oznaczono o jako RMSE (Root Mean Square Estiator) []. Estymator dany jest wyrażeniem: RMSE = (y i th y i exp ) n [] gdzie: y i th, y i exp oznaczają odpowiednio wartość teoretyczną otrzymaną w wyniku operacji dopasowania oraz wartość pomiarową dla i-teo pomiaru. M, Wartość RMSE określa stopień dopasowania danych im mniejsza wartość, tym dokładniejsze dopasowanie. Dla badanej lokalizacji wartość RMSE =, m;, m;,-m. OCENA EFEKTYWNOŚCI EKOLOGICZNEJ Korzyści o charakterze ekologicznym wynikają przede wszystkim z przeciwdziałania degradacji środowiska, wywoływanej wykorzystaniem energetyki konwencjonalnej. Wśród nich wyszczególnia się []: - przeciwdziałanie pogorszeniu jakości powietrza poprzez wyeliminowanie, na etapie produkcji energii, emisji zanieczyszczeń gazowych (SO, NOx, CO) i pyłów do atmosfery, - przeciwdziałanie pogorszeniu jakości wód oraz gleby z powodu bezodpadowej i bezściekowej produkcji energii, - wyeliminowanie strat w obiegu wody i ingerencji w położenie zwierciadła wód podziemnych, - przeciwdziałanie zmianom klimatu w wyniku redukcji emisji gazów cieplarnianych do atmosfery (zgodnie z polityką UE), - wyeliminowanie ryzyka poważnej awarii, powodującej znaczące straty w środowisku. Efekt ekologiczny można zatem opisać jako ilość zanieczyszczeń, które nie zostały wprowadzone do środowiska poprzez eksploatację nowych urządzeń, będących przedmiotem inwestycji. Ocena efektywności ekologicznej została obliczona jako wielkość emisji unikniętej w odniesienie do jednego roku []. Wyraża to wzór: Strona

OCENA POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO WIATRU e = E i W e,i [] gdzie: E i ilość wyprodukowanej energii MWh, W e,i wskaźnik emisji kg/mwh. Tab.. Wskaźniki emisji: dla dwutlenku węgla oraz pozostałych zanieczyszczeń (emisja równoważna pyły, SO, NO) Rodzaj paliwa lub nośnika energii zastąpionego przez energię odnawialną Wskaźnik emisji CO kg/mwh Wskaźnik emisji równoważnej We (pyły, SO, NO) kg/mwh Węgiel brunatny, Węgiel kamienny, Drewno (biomasa), Olej opałowy, Gaz ziemny, Energia elektryczna wytw. w skojarzeniu, Ciepło z elektrociepł., Źródło: [] W przypadku projektów z zakresu budowy elektrowni wodnych i wiatrowych jako rodzaj eliminowanego paliwa/nośnika energii należy przyjąć energię elektryczną wytwarzaną w skojarzeniu []. Korzyścią ekologiczną wyprodukowania kwh energii elektrycznej z elektrowni wiatrowej, w stosunku do tradycyjnie wyprodukowanej w elektrowni węglowej, jest uniknięcie emisji do atmosfery następujących zanieczyszczeń:, g SO,, g NOx, g CO, g pyłów i żużlu. Na podstawie wzoru [] obliczono efekt ekologiczny dla danej lokalizacji w rozbiciu na emisję CO i pozostałe zanieczyszczenia (NO, SO i pyły) []. Zależnie od przyjętej turbiny wiatrowej i wysokości do dalszej analizy spodziewać się można redukcji emisji do atmosfery zanieczyszczeń w ilości: Tab.. Prognozowane efekty ekologiczne - m n.p.t. Rodzaj turbiny ZEFIR D-P-T - kw ZEFIR D-P-T- kw ZEFIR D-P-T- kw ZEFIR D-P-T- kw CO [kg/mwh] pyły, SO, NO,,,,,,,, Tab.. Prognozowane efekty ekologiczne - m n.p.t. Rodzaj turbiny Strona