Elektrownie wiatrowe - podstawowe informacje

Elektrownie wiatrowe - warto wiedzieć.

Najbardziej typowe elektrownie wiatrowe posiadają poziomą oś obrotu. Tego typu rozwiązanie stosuje się ze względu na większą wydajność (w stosunku do kosztów produkcji) i niższy koszt wytworzenia. Energia wiatru przekazywana jest na łopaty turbiny wiatrowej dzięki czemu generator wiatrowy jest wprawiany w ruch obrotowy z poziomą osią obrotu. Energia ruchu obrotowego za pomocą prądnicy/generatora jest przekształcana na energię elektryczną.

W przypadku elektrowni wiatrowych o pionowej osi obrotu zasada działania jest taka sama z tą różnica że oś obrotu generatora wiatrowego jest pionowa. Główną zaletą elektrowni wiatrowych o pionowej osi obrotu jest większa mobilność montażu. Turbiny te z pewnych względów łatwiej montować na płaskich dachach lub słupach oświetleniowych (względy bezpieczeństwa). Przyjmuje się także że są one cichsze od turbin z poziomą osią obrotu, choć jak pokazuje praktyka nie jest to regułą.

Elektrownie wiatrowe - pozwolenia

Niewielkie elektrownie wiatrowe można wykorzystywać bez uzyskiwania pozwoleń i składania pism urzędniczych jeśli maszt nie jest trwale związany z podłożem i ustabilizowany elastycznymi odciągami. Także w przypadku niewielkich turbin wiatrowych których wymiary umożliwiają nam montaż generatora na dachu tak aby nie przekraczał on wysokości 3m ponad najwyższy punkt dachu nie są konieczne pozwolenia. Jedynym wyjątkiem może być sytuacja w której nieprzychylni sąsiedzi będą skarżyli się na negatywny wpływ elektrowni wiatrowej na ich środowisko (hałas, infradźwięki, krowy przestały dawać mleko a kury nieść jajka.....). W przypadku wybitnie nieprzychylnych sąsiadów często jedynym rozwiązaniem są zastosowania prawne (prawidłowo udokumentowana instalacja wysokiej jakościowo turbiny wiatrowej przedłożona do odpowiedniej jednostki samorządowej) lub inwestycje w baterie słoneczne których użytkowanie nie ma żadnego wpływu na otaczające środowisko i bardzo ciężko jest prawnie zakwestionować ich instalacje.

Jeśli nie chcemy mieć potencjalnych problemów z sąsiadami lub po prostu lubimy mieć wszystko uporządkowane musimy skompletować niezbędną dokumentację. W przypadku większych (powyżej 2 kW) jednostek jedyną możliwością jest pełna procedura uzyskania pozwolenia na budowę.

Elektrownie wiatrowe - bezpieczeństwo

Pomimo prawidłowego zamontowania turbiny wiatrowej może wystąpić nieprzewidziana sytuacja w wyniku której ktoś ulegnie porażeniu elektrycznemu. Aby zabezpieczyć się przed prawnymi skutkami takiej sytuacji. Warto aby osoba uprawniona wykonała odbiór techniczny instalacji. Odbiór taki zalecamy w szczególności dla osób które nie posiadają pełnej wiedzy dotyczącej bezpieczeństwa instalacji i prawidłowego wykonania uziemień.

Poza zagrożeniem porażeniem elektrycznym może nastąpić katastrofa budowlana pomimo prawidłowego montażu. Sytuacja taka może mieć przyczyny całkowicie niezależne od nas. Warto ubezpieczyć się od skutków takiej sytuacji w dowolnym towarzystwie ubezpieczeniowym.

Elektrownia wiatrowa - dobór kompletnego zestawu

Jedną z najważniejszych i zarazem najtrudniejszych kwestii jest dobór elektrowni wiatrowych. Prawidłowo dobrana elektrownia wiatrowa minimalizuje koszty inwestycyjne zachowując zadowalający uzysk energetyczny.

Elektrownia wiatrowa i jej moc

Niezależnie od osi obrotu elektrowni wiatrowej przy wyborze optymalnej jednostki warto się skupić na parametrach generatora wiatrowego. Dla elektrowni wiatrowej montowanej na terenie Polski moc nominalna osiągana przy 12 m/s nie jest najważniejszym parametrem. Ponieważ wiatr który najczęściej występuje na terenie naszego kraju zawiera się w przedziale od 3 do 5 m/s najbardziej istotna jest moc turbiny w zakresie tych prędkości. Ponadto bardzo ważne jest by turbina wiatrowa rozpoczynała ładowanie od jak najniższych prędkości wiatru ponieważ słabych wiatrów jest w Polsce najwięcej.

Załóżmy że elektrownia wiatrowa będzie produkowała z 20% wydajnością w skali roku - (jest to prawidłowe założenie dla przydomowych elektrowni wiatrowych zamontowanych w korzystnych warunkach terenowych). W tej sytuacji średni dobowy uzysk będzie wynosił 20% * 2000W *24 = 9600Wh – czyli 9,6 kWh.

Jeśli nasze miesięczne zużycie energii elektrycznej wynosi 200 kWh to z prostego rachunku wynika że ta turbina z powodzeniem zapewni nam wystarczającą ilość energii (nasze dzienne zużycie energii wynosi 6,7 kWh). Należy jednak mieć na uwadze konieczność magazynowania energii na dłuższy okres ponieważ wiatry w Polsce mają niestabilny charakter i może się okazać że pomimo pokrycia zapotrzebowania na poziomie 150% będą zdarzały się przerwy w zasilaniu. Pełną analizę szacowanej produkcji energii najlepiej opierać o pomiary wietrzności terenu. Mając tą informację możemy oszacować prognozowane uzyski energetyczne. Dodatkowo w kalkulacjach należy ująć straty na przesyle i magazynowaniu energii - stąd warto przewymiarować elektrownię wiatrową o kilkanaście - kilkadziesiąt procent ponad wyliczoną średnią zapotrzebowania.

Elektrownia wiatrowa i akumulacja energii

Najprostszym i najbardziej ekonomicznym z punktu widzenia kosztów inwestycji akumulatorem energii z elektrowni wiatrowej jest woda. Prawidłowo zaizolowany termicznie zasobnik wodny pozwoli na duże oszczędności w przygotowaniu ciepłej wody użytkowej a nawet pomoże zmniejszyć koszty centralnego ogrzewania. Ten sposób akumulacji energii daje nam możliwość pełnego wykorzystania wytworzonego przez turbinę wiatrową prądu. Wystarczy podłączyć specjalny kontroler i grzałkę  z termostatem i już mamy w pełni działający system ogrzewania. Jednak aby wydajnie zmniejszyć koszty przygotowania CWU konieczne jest inwestycja w turbinę 5 kW dla przeciętnego domu. Jeśli chcemy wspierać w dużym stopniu centralne ogrzewania powinno się stosować elektrownie wiatrowe o mocy 10 – 30 kW.

W sytuacji kiedy chcemy wykorzystać energię pozyskaną z elektrowni wiatrowej do zasilania odbiorników elektrycznych konieczna jest akumulacja energii w akumulatorach. Proces ładowania i rozładowania akumulatorów powoduje oczywiste straty. Im lepszej jakości akumulatory zastosujemy tym straty będą mniejsze. Wielkość i ilość akumulatorów jaką należy zastosować dla elektrowni wiatrowej najłatwiej odczytać z danych producenta. Optymalna pojemność jaką należy zastosować do elektrowni o mocy X [kW] powinna pomieścić ilość energii równą 12 * X [kWh].

Przykładowo:

Dla turbiny 2 kW - mamy ilość energii do zmagazynowania - 12 *2 = 24 kWh

Taką energię da się zmagazynować w akumulatorze 12V o pojemności: 24 kWh / 12V = 2000 Ah

Czyli potrzebnych będzie 10 akumulatorów 200 Ah

Elektrownia wiatrowa - dobór masztu

Ilość uzyskanej energii z elektrowni wiatrowych bardzo mocno zależy od wysokości masztu. Im wyższy maszt tym mniejszy wpływ na uzyski energii ma ukształtowanie terenu (tzw. szorstkość) i tym większa prędkość wiatru ze względu na mniejszą ilość zawirowań powietrza. Jednak zwiększanie wysokości masztu znacznie zwiększa jego cenę i może skomplikować procedurę pozwolenia na budowę (jeśli taką procedurę prowadzimy). Do wyboru mamy trzy konstrukcje masztów: maszt z odciągami, kratownica i słup.

Elektrownie wiatrowe - Aspekty prawne

Polskie prawo nakłada na wyłącznego odbiorcę (Polskie Sieci Elektroenergetyczne) obowiązek przyjmowania oferowanej energii odnawialnej oraz zawarcia z producentem umowy. Jednak w praktyce dla małych elektrowni wiatrowych najkorzystniejsze jest wykorzystanie wyprodukowanej energii do własnych celów. Najważniejsze dokument traktujące o energii odnawialnej wymieniono poniżej:

  • Przepisy prawne dotyczące energetyki można znaleźć w ustawie o Prawie Energetycznym z dnia 10.04.1997. (Dz. U. Nr 54, z 1997 r., poz. 348 ze zmianami). W dokumencie tym opisano między innymi regulacje dotyczące wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych.

  • Szczegółowe informacje dotyczące wytwarzania energii z wiatru zawarte są w artykule nr 3 (Art. 3 pkt. 21 Prawa Energetycznego).

  • Informacje odnośnie obowiązku zakupu energii elektrycznej i ciepła ze źródeł odnawialnych (niekonwencjonalnych) oraz zakres tych obowiązków zostały sformułowane w 1999 roku (Dz. U. z roku 1999 Nr 13, poz. 119).