Podsumowanie

PARAMETRY TURBIN

Przy wyborze turbiny należy zwrócić uwagę na kilka zasadniczych parametrów podawanych w kartach katalogowych tych urządzeń. Ważny jest obszar pracy łopatek - im większy, tym lepiej. Po prędkości wiatru jest to drugi najważniejszy czynnik, który determinuje moc wyjściową elektrowni. Oprócz tego istotna jest także sprawność turbiny. Maksymalna teoretyczna sprawność wirnika wynosi 0,6, co oznacza, że w elektrowni wiatrowej można wykorzystać co najwyżej 60% energii kinetycznej wiatru przepływającego przez wirnik.

W praktyce sprawności turbin dostępnych na rynku są znacznie niższe, ponieważ występują różne dodatkowe straty energii w poszczególnych elementach gondoli - np. w przekładniach mechanicznych oraz w związku z pracą samych łopat, w tym na skutek oporu powietrza. W kartach katalogowych turbin wiatrowych prezentowana jest także zazwyczaj tzw. krzywa mocy, która przedstawia zależność mocy, wyrażanej np. w kW od prędkości wiatru np. w m/s. Jest to pewien punkt odniesienia przy wyborze turbiny, jednak specjaliści zalecają, by nie porównywać kilku turbin tylko na podstawie tej krzywej.

Rynek technologii energooszczędnych rozwija się

Jak wynika z ostatniego raportu BCC Research "Energy efficient technologies: the global market", który opisywaliśmy niedawno w APA, wartość światowego rynku energooszczędnych technologii wyniosła w 2009 roku 35,6 mld dol., a w 2014 roku osiągnie poziom 68,2 mld dol., co oznacza średni wzrost o 13,9% rocznie. Prognozy te dotyczą sumarycznie rozwiązań przemysłowych i komercyjnych.

Z raportu wynika również, że ciągły wzrost na rynku technologii energooszczędnych będzie możliwy dzięki rosnącemu zainteresowaniu rozwiązaniami przyjaznymi środowisku ze strony rządów, firm i indywidualnych użytkowników oraz kolejnym regulacjom prawnym wymuszającym ograniczenie emisji gazów cieplarnianych.

Rynek energooszczędnych technologii w latach 2007-2014 (źródło: BCC Research)

Przedstawia ona bowiem chwilową wartość generowanej mocy przy danej prędkości wiatru, a nie energię całkowitą wyrażaną w kWh w odniesieniu do średniej prędkości wiatru na danym terenie, co byłoby dużo bardziej użyteczną informacją. Na podstawie krzywej mocy warto natomiast porównywać, przy jakiej minimalnej prędkości wiatru różne turbiny zaczynają wytwarzać energię, pamiętając jednocześnie, że optymalna minimalna prędkość powinna być zbliżona do wartości średniej rocznej prędkości wiatru na danym terenie.

Natomiast maksymalna moc wyjściowa, którą możemy na krzywej mocy odczytać, jest zazwyczaj uzyskiwana przy dużej prędkości wiatru, rzadko występującej na danym terenie przez dłuższy czas i dlatego trudno się tą wartością sugerować w praktyce. Z krzywej mocy możemy odczytać też inny ważny parametr, jakim jest maksymalna prędkość wiatru, przy której zadziałają układy zabezpieczające turbinę przed silnym wiatrem.

Oprócz konstrukcji dla sprawności całej instalacji ważna jest też wysokość wieży, na której będzie zamocowana turbina - zazwyczaj sprawdza się zasada, że im wyżej, tym silniej wieje wiatr. Na przykład w przypadku małych, przydomowych elektrowni przyjmuje się, że wysokość masztu, na którym zamontowano turbinę, powinna wynosić od 9 do 40 metrów, w zależności od uwarunkowań terenu i wysokości przeszkód na nim występujących (budynki, drzewa, itp.), które mogą utrudniać przechwytywanie energii wiatru.

HAŁAS

Fot. 1. Przykład turbiny 1kW o pionowej osi obrotu produkcji chińskiej firmy Taizhou Hengtai Industrial

Turbiny wiatrowe generują dźwięki będące połączeniem hałasu powstającego w wyniku pokonywania oporu powietrza przez obracające się końcówki łopat wirnika oraz hałasu mechanicznego, którego źródłem jest generator oraz mechaniczne elementy gondoli. W nowoczesnych konstrukcjach wpływ elementów mechanicznych jest skutecznie ograniczany i to, co przede wszystkim można usłyszeć w otoczeniu elektrowni wiatrowych, związane jest z tzw. hałasem aerodynamicznym.

W zależności od konstrukcji turbiny i prędkości wiatru hałas generowany przez obracające się śmigła może mieć różny charakter - np. pulsującego dźwięku, brzęczenia, świstu. Z kolei w otoczeniu turbin typu down-wind usłyszeć można dźwięki przypominające głuche uderzenia. W przypadku dużych farm wiatrowych kwestia hałasu budzi zazwyczaj spore kontrowersje wśród mieszkańców, pomimo faktu, że, jak pokazują badania, jego poziom jest znacznie niższy w porównaniu do innych obiektów przemysłowych.

Okazuje się jednak, że farmy wiatrowe są bardziej słyszalne nie dlatego, że są głośne, ale dlatego, że zazwyczaj są budowane na terenach wiejskich, o małej gęstości zaludnienia, na których nie występują hałasy w tle. Ponadto problemem dla ludzi jest przede wszystkim jednostajność oraz przewlekłość oddziaływania dźwięków, charakterystyczne dla hałasów słyszalnych w otoczeniu elektrowni.

Istotne przepisy

Oprócz norm odnośnie do dopuszczalnych poziomów hałasu generowanego przez elektrownie wiatrowe, decydując się na taką inwestycję, należy uwzględnić też inne przepisy. Przede wszystkim chodzi o wytyczne prawa budowlanego, według których elektrownia na maszcie o wysokości powyżej 3 metrów jest obiektem budowlanym i należy uzyskać pozwolenie na budowę takiej instalacji. Jeżeli elektrownia ma produkować energię wykorzystywaną jedynie na potrzeby właściciela, nie są wymagane żadne dodatkowe pozwolenia.

Jeżeli jednak energia ma być sprzedawana zakładowi energetycznemu, wymagane jest uzyskanie koncesji, którą wydaje Urząd Regulacji Energetyki. Ponadto w związku ze specyfiką tej metody pozyskiwania energii istnieje prawdopodobieństwo wahań generowanej mocy. Bezpośrednio przekłada się to na jakość napięcia zasilającego docierającego do odbiorców sieci energetycznej.

Wytyczne na temat warunków, jakie powinny spełniać elektrownie i farmy wiatrowe, nim zostaną przyłączone do publicznej infrastruktury elektroenergetycznej, można znaleźć m.in. w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki w sprawie warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego.

Dopuszczalne poziomy hałasu w zależności od przeznaczenia terenu zawarte są w odpowiednich rozporządzeniach Ministerstwa Środowiska. Decydując się na inwestycję w budowę elektrowni wiatrowej, warto porównać te wartości progowe z informacją o hałasie generowanym przez turbinę podawaną przez producenta.

PODSUMOWANIE

Pod względem opłacalności budowa elektrowni wiatrowej jest uzasadniona tylko tam, gdzie średnia roczna prędkość wiatru przekracza 4 m/s. Jak można przeczytać na stronie internetowej Urzędu Regulacji Energetyki, w Polsce tereny spełniające ten wymóg znajdują się niemal wyłącznie na Wybrzeżu i Suwalszczyźnie. Warto mieć to na uwadze, planując inwestycję w postaci przydomowej elektrowni małej mocy, której wysokość masztu nie przekracza 10 metrów.

W przypadku trzykrotnie wyższych instalacji według URE budowa jest opłacalna na około 60% powierzchni naszego kraju, również głównie na terenach nizinnych, a przede wszystkim nad morzem i na Suwalszczyźnie. W tych rejonach na wysokości 30 metrów średnia prędkość wiatru wynosi około 7,2 m/s.

Monika Jaworowska