Elektrownie wiatrowe – jak działają i czy warto w nie inwestować

25/06/2020
elektrownie wiatrowe na polach

Rosnące ceny energii oraz potrzeba ochrony klimatu i redukcji gazów cieplarnianych spowodowały, że intensywny rozwój odnawialnych źródeł energii, w tym energetyki wiatrowej, został uznany za globalny priorytet gospodarczy. Energetyka wiatrowa na świecie jest obok fotowoltaiki jednym z najszybciej rozwijających się obszarów OZE.

Według raportu Polskiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej udział energii elektrycznej wyprodukowanej w elektrowniach wiatrowych na koniec 2020 roku stanowić będzie ok. 17% całkowitej ilości energii elektrycznej wyprodukowanej w Polsce, a w 2030 roku prawie 29%. *

Elektrownia wiatrowa – ekologiczny sposób pozyskania energii

Elektrownia wiatrowa to zespół urządzeń produkujących energię elektryczną za pomocą turbin wiatrowych. Energia uzyskana w ten sposób uważana jest za jedną z najbardziej ekologicznych ze względu na fakt, że jej produkcji nie towarzyszy spalanie żadnego paliwa (oczywiście pomijając nakłady energetyczne związane z wybudowaniem takiej elektrowni). Wiatr jest w zasadzie niewyczerpanym, darmowym i szeroko dostępnym źródłem energii, a jego wykorzystanie w produkcji energii to doskonały sposób na redukcję gazów cieplarnianych, poprawę bilansu i bezpieczeństwa energetycznego. Elektrownie wiatrowe nie zmniejszają zasobów naturalnych, nie obniżają jakości środowiska naturalnego. Pozwalają na osiąganie korzyści ekologicznych, gospodarczych i społecznych. Odnawialne źródła energii, w tym energia pochodząca z wiatru, wpisują się w cele polityki energetycznej w zakresie ochrony środowiska i zrównoważonego rozwoju.

wszystko-co-chcesz-wiedziec

Chcesz uniezależnić swój biznes od wahań cen energii elektrycznej? Zależy Ci na wizerunku przedsiębiorcy, który inwestuje w nowoczesne technologie wspierające ochronę środowiska?

W innogy mamy rozwiązanie dla Ciebie.

Dowiedz się więcej

Jak działa elektrownia wiatrowa?

Produkcja energii elektrycznej w elektrowni wiatrowej odbywa się za pośrednictwem turbin wiatrowych napędzanych energią wiatru. Gdy wiatr trafia na opór w postaci łopaty turbiny, energia kinetyczna wiatru przekształcana jest w energię mechaniczną w postaci ruchu obrotowego wirnika. Energia ta przenoszona jest za pomocą wału i przekładni do generatora, który przekształca ją w energię elektryczną. Im większy generator, tym więcej energii wiatru zamieni na energię elektryczną. Każdy wiatrak podpięty jest bezpośrednio do sieci energetycznej lub akumulatora, którym oddaje wyprodukowaną energię.

Ile prądu produkuje elektrownia wiatrowa?

Ilość wyprodukowanego przez elektrownię wiatrową prądu zależy między innymi od rodzaju wiatraka, zainstalowanej mocy, efektywności i warunków wiatrowych w miejscu lokalizacji. Zazwyczaj, by poruszyć łopaty wirnika, potrzebny jest wiatr o szybkości ok. 7 km/h. Elektrownia wiatrowa wytwarza energię, kiedy szybkość wiatru zawiera się w przedziale od 7 do 100 km/h, powyżej tej prędkości wirnik się wyłącza. W praktyce jedna elektrownia wiatrowa o mocy 2 MW produkuje rocznie ponad 4 GWh energii, co pokrywa zużycie energetyczne ponad 1300 gospodarstw domowych.

Jakie są rodzaje elektrowni wiatrowych?

Elektrownie wiatrowe możemy podzielić na rodzaje, biorąc pod uwagę dwie kategorie: położenie osi obrotu wirnika oraz moc znamionową. Ze względu na położenie osi obrotu wirnika rozróżniamy elektrownie wiatrowe z pionową i poziomą osią obrotu. Ze względu na moc znamionową dzielimy je na mikro, małe i duże elektrownie wiatrowe.

Podział ze względu na położenie osi obrotu wirnika: oś pionowa, oś pozioma

  • turbiny o poziomej osi obrotu (HAWT – Horizontal Axis Wind Turbine)

Większość instalowanych obecnie turbin wiatrowych to urządzenia o poziomej osi wirnika i trzech łopatach (taka ich liczba została uznana za optymalną). Turbiny HAWT mogę być jednopłatowe, dwupłatowe, z trzema płatami, z silnikami wielopłatowymi, z dyfuzorem lub wykorzystujące efekt Magnusa. Dodatkowo turbiny poziome można podzielić na dwa rodzaje: nawietrzne i zawietrzne.

  • turbiny o pionowej osi obrotu (VAWT – Vertical Axis Wind Turbine)

Charakteryzują się prostopadłą do powierzchni ziemi osią obrotu. Wiatraki tego typu świetnie sprawdzają się w strefach zurbanizowanych. Turbiny VAWT znajdują zastosowanie jako źródło energii do zasilania: domów jednorodzinnych, pól namiotowych i domków letniskowych, jachtów, urządzeń pomiarowych i sygnalizacyjnych, banerów reklamowych, lamp ulicznych oraz wszędzie tam, gdzie dostęp do standardowej sieci energetycznej jest utrudniony lub niemożliwy.

Podział ze względu na moc znamionową: mikro, małe i duże

  • mikroelektrownie wiatrowe

Mają moc do 100 W. Takie elektrownie można wykorzystać do zasilania akumulatorów służących do oświetlenia części domu: pojedynczych lamp, poszczególnych pomieszczeń czy urządzeń.

  • małe elektrownie wiatrowe

Mają moc od 100 W do 50 kW. Zasilają w energię elektryczną przede wszystkim gospodarstwa domowe. Najpopularniejsze są elektrownie 3-5 kW. Moc takich elektrowni, wspomagana energią zmagazynowaną w akumulatorach, wystarczy do zasilania oświetlenia, układów pompowych, sprzętu i urządzeń domowych.

  • duże elektrownie wiatrowe

Mają moc powyżej 100 kW. Są stosowane przede wszystkim do wytwarzania prądu, który sprzedawany jest do sieci elektroenergetycznej. Taka elektrownia musi spełniać szczegółowe wymagania lokalnego operatora sieci.

Farmy wiatrowe w Polsce i na świecie

Farma wiatrowa to inaczej zespół wiatraków podłączonych do sieci w jednym miejscu. Dla powodzenia inwestycji kluczowy jest wybór lokalizacji. W Polsce wiąże się to z wykluczeniem obszarów chronionych, zachowaniem odpowiednich odległości oraz dostępem do sieci energetycznej. Farmy wiatrowe ingerują w krajobraz, ale jak potwierdzają obserwacje specjalistów, nie stanowią one dużego zagrożenia dla zwierząt i ptaków. 

Można się spotkać z opinią, że warunki naturalne w Polsce nie sprzyjają budowie elektrowni wiatrowych, ponieważ dominują niziny a wiatr nie wieje z wystarczającą siłą. Tymczasem na wysokości 100 m przeciętna prędkość wiatru wynosi w Polsce około 6,5 m/s, a na terenach nadmorskich nawet 8 m/s. Większość turbin wiatrowych zaczyna produkować energię już przy prędkości 3-4 m/s.

Obecnie największą lądową farmą wiatrową w Polsce jest wielkopolska farma Margonin o mocy 120 MW. W drugiej połowie 2020 roku planowane jest uruchomienie farmy Potęgowo w woj. pomorskim, na którą składać się będzie 81 turbin o łącznej docelowej mocy 219,5 MW. Projekt ma zaoszczędzić 514 tys. ton CO2 rocznie.

Jak wynika z najnowszego raportu WindEurope, inwestycje w sektorze energii wiatrowej w Europie w 2019 roku sięgnęły 52 mld euro. Jeśli chodzi o wysokość inwestycji w nowe turbiny na lądzie, Polska znalazła się na 3. miejscu w UE.** WindEurope zwraca uwagę na dużą zmianę, która ma miejsce w naszym kraju – pod względem nakładów na budowę nowych mocy wiatrowych na lądzie Polskę w UE wyprzedziły tylko Hiszpania i Niderlandy. Taka sytuacja wynika z rozstrzygnięcia ubiegłorocznych aukcji OZE, w wyniku których Polska powinna zbudować ok. 2,2 GW nowych mocy wiatrowych na lądzie, przy czym nakłady ocenia się na 1,3 mln euro na MW mocy.

Na świecie prym w rozwoju lądowej energetyki wiatrowej wiodą Chiny, Indie i Stany Zjednoczone. Obecnie największą operacyjną lądową farmą wiatrową na świecie jest Gansu Wind Farm znajdująca się w Chinach. Składa się na nią 7 000 turbin o całkowitej mocy 7 900 MW.

Elektrownia wiatrowa – kto może zainwestować?

Inwestycja w produkcję własnego prądu pozwala uniezależnić biznes od wahań cen energii elektrycznej oraz buduje wizerunek ekologicznej marki. Coraz większą popularność zyskują przydomowe elektrownie wiatrowe oraz elektrownie wiatrowe zlokalizowanie na dachach budynków przemysłowych, biurowych i osiedlach. Jest to rozwiązanie przede wszystkim dla tych, którzy są narażeni na częste przerwy w dostawie prądu oraz dla przedsiębiorstw, których funkcjonowanie wiąże się z dużą energochłonnością. Posiadanie własnego źródła energii pozwoli na większą niezależność energetyczną oraz optymalizację kosztów zużywanej energii podmiotom takim jak m.in.:

  • wspólnoty i spółdzielnie mieszkaniowe
  • rolnicy, przedsiębiorstwa rolne
  • przedsiębiorstwa i energochłonne zakłady produkcyjne
  • samorządy, podmioty świadczące usługi użyteczności publicznej

Dofinansowanie na elektrownie wiatrowe – dla kogo?

Dofinansowanie elektrowni wiatrowych odbywa się zarówno w skali mikro jak i makro. Istnieje kilka źródeł możliwego finansowania inwestycji w OZE, dzielą się one na dwie podstawowe grupy: środki z budżetu Unii Europejskiej oraz środki krajowe. Najbardziej aktualne informacje nt. programów pomocowych można znaleźć na stronie Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. W związku z koniecznością dopełnienia szeregu formalności oraz spełnienia wymagań niezbędnych do uzyskania dofinansowania wskazane jest nawiązanie współpracy z doświadczonych partnerem biznesowym, który nie tylko zaproponuje najlepsze technologicznie rozwiązanie, ale też doradzi w kwestii pozyskania środków na realizacje inwestycji.

* http://www.praze.pl/UserFiles/File/Dokumenty/rap_pods_pl3.pdf

** https://windeurope.org/about-wind/statistics/european/wind-energy-in-europe-in-2019/