Elektrownie wiatrowe – co, jak i dlaczego? cz.1

Siła wiatru była wykorzystywana przez ludzi już pięć tysięcy lat temu do napędzania pierwszych, dość prymitywnych statków żaglowych, a trochę później do technik irygacyjnych. Następnie przyszło średniowiecze i pojawiły się już bardziej znane, wiatraki do mielenia zboża. Oczywiście był to dopiero początek wykorzystania wiatru, bo już wkrótce (no, z perspektywy wszechświata) miała pojawić się energia elektryczna…

Gdzie leży geneza elektrowni wiatrowych?

Osobiście widzę tutaj dwie przyczyny narodzin energetyki wiatrowej: gospodarcza i środowiskowa.
Tempo rozwoju przemysłu i eksploatacji złóż naturalnych doprowadziło do sytuacji, w której mamy prawo się obawiać nagłego wyczerpania surowców. Faktem jest, że nawet jeśli nie zostaną zbyt prędko wyczerpane (w co wierzę), to ich ceny będą stale rosnąć. Dlatego to co nazywamy alternatywnymi źródłami energii z czasem stanie się coraz bardziej atrakcyjne.
Z drugiej strony, możemy się też obawiać nadmiernych emisji CO2 do atmosfery spowodownych energetyką konwencjonalną, i tu również AŹE przychodzą nam z pomocą – choć ich wpływu na środowisko nie określiłbym jako – jednoznacznie – dobrego, to prawdą pozostaje, że energia wiatru jest niewyczerpalna. Ciężko oprzeć się pokusie czerpania ze źródła, które nigdy się nie kończy, lecz oczywiście ma to swoje ograniczenia. Wpierw jednak przyjrzyjmy się samym elektrowniom wiatrowym. Czym one są?

„Mam śmigło i robię prąd!”

Elektrownia wiatrowa to zespół urządzeń, pozwalających zamienić energię mechaniczną wiatru na energie elektryczną. Najważniejszymi elementami jest turbina zasilana siłą wiatru, która połączona jest z generatorem, przetwarzającym pracę turbiny na elektryczność.

Istnieje wiele typów elektrowni wiatrowych oraz ich wiele podziałów. Najważniejszy jest ten ze względu na oś obrotu wirnika:


– VAWT (vertical axis wind turbine) – o pionowej osi obrotu
– HAWT (horizontal axis wind turbine) – o poziomej osi obrotu (te bardziej popularne i rozpoznalwalne)
Przykładem turbiny o pionowej osi obrotu jest turbina Darrieusa (zdjęcie obok).
Elektrownie wiatrowe można też podzielić ze względu na ilość wytwarzanej mocy, zastosowanie, lokalizację, wysokość osadzenia wirnika, ilość łopatek wirnika, usytuowanie względem wiatru oraz szybkobieżność.

„Mam swoje wady… i zalety”

Największe elektrownie wiatrowe mogą mieć średnice wirników nawet ponad 120 m, a pojedyncza turbina może wytworzyć 7 MW mocy. Dodatkowo, wiatraki energetyczne mogą być ze sobą łączone, tworząc tzw. farmy wiatrowe, które jednak w kwestii produkowanej mocy, rzadko kiedy mogą dorównać konwencjonalnym elektrowniom węglowym (np. elektrownia Rybik – 900 MW).
W kwestii sprawności elektrownie wiatrowe są ograniczone tzw. granicą Betz’a, wynoszącą 0,5926… , co oznacza, że w najlepszym wypadku można wykorzystać niewiele ponad 59% mocy wiatru i wynika to tylko z praw fizyki (granicę Betz’a można wyprowadzić wychodząc z podstawowego wzoru na energię kinetyczną). Zakładając więc ogólną sprawność elektrowni wiatrowych w okolicy 50%, to otrzymujemy nadal sporo lepszy wynik niż sprawność elektrowni konwencjonalnych na poziomie około 25% (sytuacja wygląda znacznie lepiej w przypadku elektrociepłowni z uwagi na kogenerację).
A jak wygląda finansowa opłacalność pozyskiwania energii z wiatru? To w dużej mierze wyjaśni poniższa tabelka.

źródło: Analiza kosztów wytwarzania energii elektrycznej, Bolesław Zaporowski

Jak widać, nie jest to zbyt optymistyczne dla energetyki wiatrowej. Plusem natomiast jest to, że podczas kiedy ceny energii konwencjonalnej będą rosnąć, energia odnawialna prawdopodobnie będzie tanieć (w związku z coraz to nowszą technologią… a przecież sama cena wiatru pozostanie bez zmian).
Istnieje wiele oszacowań co do opłacalności finansowej tego typu inwestycji – często wykluczają się wzajemnie. Ja zazwyczaj staram się korzystać ze zdrowego rozsądku – jeśli coś istnieje, to znaczy, że komuś się to opłaca. To oznacza, że przynajmniej w niektórych miejscach/przypadkach elektrownie wiatrowe są opłacalne. I wiele wskazuje na to, że dalej będą…
Wracając jednak do ograniczeń elektrowni wiatrowych, głównym z nich jest… sam wiatr. Ale o tym więcej w części drugiej.

Pozdrawiam,
Jakub Sz.
odpadyblog.pl

  • Elsa

    Sama idea inwestowania w odnawialne źródła energii jest słuszna. Wprawdzie dają spore dopłaty na instalacje, ale dla wielu ludzi to wydatki wciąż zaporowe. Osobiście uważam, że lepsza od wiatraka jest elektrownia wodna. Wiadomo, że trzeba znaleźć odpowiednie miejsce, ale zwrot kapitału następuje o wiele szybciej. Solidna porcja informacji znajduje się na http://zpue.pl/energia-odnawialna.html.

    • OdpadyBlog.pl

      Dodatkowego smaczku dodaje fakt, że przed wojną Polska elektrowniami wodnymi stała:)
      Pozdrawiam.
      Tomasz Araszkiewicz