www.label.pl | LAB-EL Elektronika Laboratoryjna
Elektronika Laboratoryjna

Farmy wiatrowe - rozwiązanie dla energetyki lokalnej (cz. 4)

Andrzej Chochowski
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Potencjał i rozwój energetyki wiatrowej w Polsce

Z roku na rok postęp technologiczny powoduje, że wzrasta zarówno moc siłowni wiatrowych jak i ich wielkość (tab. 1.). W Polsce energetyka wiatrowa rozwija się od blisko 20 lat. Proponowane wcześniejsze rozwiązania dotyczyły turbin bardzo małej mocy, co najwyżej kilka kW i na ogół pracujących na sieć wydzieloną. Nie stanowiło to ani problemu technicznego, a ze względu na małą ilość tych elektrowni, nie stwarzało zagrożenia ekologicznego. Zainteresowanie wykorzystaniem energii wiatru stopniowo wzrastało, a w ostatnim czasie wręcz w tempie szokującym. Powodem tego jest nie tylko obowiązujące prawodawstwo i wymagania unijne, ale także dostępność na rynku nowoczesnych rozwiązań i pozytywne doświadczenia krajów sąsiednich. Liczba wydanych promes koncesji na produkcję energii elektrycznej w elektrowniach wiatrowych wskazuje, że w najbliższych 2-3 latach moc zainstalowana, w porównaniu do roku 2006, wzrośnie ponad 3-krotnie. Tak dynamiczny rozwój tego sektora energetyki, wydaje się być analogiczny do sytuacji jaka miała miejsce w Niemczech przed kilku laty.

Prace badawcze nad nowymi konstrukcjami i technologiami w tym zakresie prowadzone są w wielu krajach przez duże koncerny o zasięgu światowym, m. in. Enercon, Nordex, Vestas, GE Energy. W Polsce były prowadzone m.in. w Politechnice Śląskiej, Instytucie Budownictwa Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa w Warszawie (konstrukcje siłowni wiatrowych do wykorzystania w rolnictwie). Branżowy Ośrodek Badawczo-Rozwojowy KOMEL w Katowicach opracował specjalne prądnice wolnoobrotowe do siłowni wiatrowych małej mocy (1-150 kW). Dzięki temu możliwe jest mniejsze przełożenie skrzyni biegów, konstrukcja staje się prostsza i dużo bardziej trwała. Producentem rodzimych siłowni małej mocy była firma NOWOMAG z Nowego Sącza.

Tabela 1.Wzrost mocy i rozmiarów elektrowni wiatrowych

Rok Moc kW Średnica
wirnika, m
1985 50 15
1989 300 30
1992 500 37
1994 600 46
1998 1500 70
2000 2000 80
2002 4500 112

Jednak konstrukcje o dużych mocach, dla zawodowych elektrowni wiatrowych, produkowane są głównie w Niemczech, Danii, Finlandii. Są to rozwiązania nowoczesne, ale dosyć drogie. Ze względu na ich wysoki koszt często instalowane są u nas siłownie używane, starszego typu. Po demontażu i przeprowadzonym remoncie są znacznie tańsze. Kupują je  prywatni inwestorzy, najczęściej osoby fizyczne. Obecnie znacznie częściej inwestorami są spółki z kapitałem zagranicznym inwestujące w duże farmy wiatrowe,  Pierwsze, zawodowe farmy wiatrowe powstały na Pomorzu: Swarzewo k/Pucka, moc 2 x 600 kW=1,2 MW (1997r.), w Zagórzu na wyspie Wolin - 15 x 2 MW=30 MW (2003r.). Ostatnie duże inwestycje w sektorze energetyki wiatrowej to w Kisielicach (warmińsko-mazurskie) - park elektrowni o mocy 27 x 1,5 MW=40,5 MW (2007r.), właściciel: spółka z kapitałem hiszpańskim, Kamieńsk k/Bełchatowa – 15 x 2 MW= 30 MW, właściciel – BOT GiE S.A. Standardowa, jednostkowa moc budowanych u nas elektrowni to 1,5-2 MW. W Niemczech, czy Danii stawiane są jednostki o większych mocach 3-4,5 MW. W tabeli 2 zestawiono wybrane przykłady farm wiatrowych podając jej moc, producenta, rok uruchomienia i wskazując użytkownika (inwestora).

Rozwój energetyki wiatrowej jest uwarunkowany nie tylko odpowiednimi warunkami meteorologicznymi, ale także dostępem do sieci elektroenergetycznej. Krajowa energetyka oparta na węglu spowodowała, że najlepiej rozwinięta jest infrastruktura sieciowa na południu Polski, tam gdzie są kopalnie i duże elektrownie systemowe. Północna część kraju uboga w tradycyjne źródła energii mogłaby uzupełniać braki elektrowniami wiatrowymi, bo tam też zasoby energii wiatru są największe. Przy słabo rozwiniętej sieci, zwłaszcza wysokich napięć (110 kV), w dłuższej perspektywie mogą pojawić się problemy z odbiorem energii wiatrowych na Pomorzu i Suwalszczyźnie. Wielkość mocy, która może być przyłączana w farmach wiatrowych bez kosztownych modernizacji sieci szacuje się na 2500 MW. Przy obecnym wzrastającym tempie rozwoju energetyki wiatrowej pułap ten może stanowić bariery dla efektywnego jej wzrostu. Elektrownie małej mocy mogą być przyłączane do sieci niskiego i średniego napięcia, natomiast te o mocach rzędu MW do sieci okręgowych 110 kV.

Elektrownie wiatrowe zalicza się do grupy tzw. źródeł niespokojnych. Powodów tego jest wiele, m.in.:

  • prognozowanie mocy jest trudne, ze względu słabą przewidywalność wiatrów i czas ich trwania,
  • zmienna prędkość wiatru utrudnia generowanie energii o wymaganej częstotliwości sieciowej, a zastosowane układy energoelektroniczne dopasowujące ją do wymagań systemowych są źródłem zniekształceń krzywej napięcia (duża ilość wyższych harmonicznych), co wymaga stosowania specjalnych filtrów,
  • brak wiatru jest złem, ale jego nadmiar bywa jeszcze bardziej niebezpieczny (przy prędkościach powyżej 25 m/s następuje wyłączanie pracy); gwałtowne wypadnięcie z systemu określonej mocy rzędu MW może zakłócać lokalnie równowagę systemu,
  • rozruch dużych jednostek jest związany z poborem odpowiednio dużej mocy biernej (rozruch asynchroniczny), co pogarsza współczynnik mocy,
  • większe skupisko elektrowni wiatrowych na jednym obszarze i przyłączonych do tej samej sieci pogarsza jej parametry pracy.

Wachlarz dostępnych na rynku elektrowni mniejszych mocy jest dosyć duży, od kilku do kilkuset kW. Znaleźć można rozwiązania małych, przydomowych elektrowni o mocach 5-150 kW i przystosowanych nawet do instalowania na budynkach gospodarczych. Przeznaczone są do pracy autonomicznej, a produkowana energia elektryczna wykorzystywana jest w produkcji rolniczej lub bezpośrednie na cele grzewcze.

Tabela 4.3.3.Wykaz większych elektrowni wiatrowych w Polsce

Lp Miejsce zainstalowania Ilość sztuk Mocelektrowni (kW) Moc farmy (kW) Producent Użytkownik Rok uruchomienia
1 Lisewo woj.pomorskie 1 150 150 Nordtank ElektrowniaŻarnowiec 1991
2 Swarzewo woj. pomorskie 1 95 95 Folkecenter Energa-Gdańsk 1991
3 Rytro k.NowegoSącza 1 160 160 Nowomag prywatny 1994
4 Zawojak/Bielsko-Białej 1 160 160 Nowomag klasztor 1995
5 Wrocki 1 160 160 Nowomag prywatny 1995
6 Kwilcz woj. wielkopolskie 1 160 160 Nowomag gmina  1996
7 Słup k/Legnicy 1 160 160 Nowomag gmina 1997
8 Rembertów k/Tarczyna woj. mazowieckie 1 250 250 Lagerway Van Melle Poland 1997
9 Starbiewo woj. pomorskie 1 250 250 Nordex Kaszubski Uniwersytet Ludowy 1997
10 Swarzewo woj. pomorskie 2 600 1200 Täcke WestWind Poland 1997
11 Cisowo k. Darłowa 5 130 660 SeeWind prywatny 1999
12 Wróblik Szlachecki 2 160 320 Nowomag Prywatny 2000
13 Rymanów k/Krosna 2 1601 320 Nowomag gmina 2000
14 Nowogard 1 255 255 Vestas gmina 2000
15 Barzowice 6 850 5100 Vestas Prywatny 2001
16 Cisowo k. Darłowa 9 2000 18000 Vestas prywatny 2001
17 Zagórze, gmina Wolin 15 2000 30000 Vestas Wolin North 2003
18 Tymień k/Koszalina 25 2000 50000 Vestas Kapitał mieszany 2006
19 Gniewino k/Żarnowca 14 600 8400 Enercon prywatny 2006
20 Kamieńsk k/Bełchatowa 15 2000 30000 Vestas prywatny 2007
21 Gnieżdżewo k/Pucka 11 2000 22000 Gamesa Wind prywatny 2007
22 Kisielice woj. warmińsko-mazurskie 27 1500 40500 GE Energy Kapitał mieszany 2007

Podsumowanie

Rozwój energetyki odnawialnej, w tym wiatrowej, jest możliwy jedynie przy odpowiednim wsparciu państwa. Specyfika tego wsparcia nie polega jednak na systemie przyznawania przez państwo ulg i zachęt, a na ustawowym nałożeniu obowiązku zakupu (lub wytworzenia) energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych i skojarzonych. Ponieważ realizacja tego obowiązku generowała dodatkowe koszty u podmiotów zobowiązanych do zakupu, co powodowało niechęć do jego wypełnienia, Ustawodawca wprowadził także odpowiedni system kar pieniężnych nakładanych przez Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki na podmioty nie wywiązujące się z tego obowiązku.
Podaż energii elektrycznej z OZE będzie znacząca tylko wtedy, gdy inwestor w nowe źródła będzie zainteresowany finansowo. Ceny energii elektrycznej, bez wątpienia, będą wzrastały przez najbliższych kilka lat, co dla producentów jest dobrą prognozą.
Ze względu na wysokie koszty inwestycje przedsięwzięć w OZE, Ustawodawca wprowadził zachęcające rozwiązanie dla producentów - dwa strumienie przychodów: ze sprzedaży energii i praw majątkowych wynikających ze świadectw pochodzenia wyprodukowanej energii. Dodatkowymi zachętami i preferencjami, które powinny się przyczynić do rozwoju odnawialnych źródeł energii, są:

  • obniżenie o 50% kosztów przyłączenia do sieci takich źródeł,
  • wprowadzenie regulacji umożliwiających zastosowanie odmiennego sposobu bilansowania systemu elektroenergetycznego dla elektrowni wiatrowych,
  • obowiązek zapewnienia przez operatora systemu elektroenergetycznego pierwszeństwa w świadczeniu usług przesyłowych energii wytworzonej w źródłach odnawialnych.

Obecne przychody wytwórców energii z OZE są dwukrotnie wyższe niż z tradycyjnych nośników, bowiem cena za prawo majątkowe do 1 MWh tego typu energii przekracza jej wartość. W powyższym stanie rzeczy trudno się dziwić, że inwestorzy farm wiatrowych (firmy prywatne i spółki z kapitałem mieszanym) upatrują niemal 100 % - owej gwarancji, że w najbliższej dekadzie każda ilość świadectw pochodzenia energii elektrycznej z OZE znajdzie nabywców. Z udzielonych przez URE promes do koncesji na wytwarzanie energii wynika, że zainteresowanie jest bardzo duże.  Może się zdarzyć, że kto nie znajdzie się na rynku w najbliższych 3-4 latach, to trudno będzie mu dołączyć do grona producentów.

Literatura

  1. Woś A.: Klimat Polski. Wyd. PWN Warszawa 1999
  2. Lubośny Z.: Elektrownie wiatrowe w systemie elektroenergetycznym. Wyd. WNT Wrszawa 2007
  3. Ustawa Prawo energetyczne z dnia 10 kwietnia 1977 roku, dz.u. 1997 nr 54 poz.348, nowelizacja dz.u. 2005r. nr. 62 poz.552
  4. Pakiet informacyjny dla przedsiębiorstw  zamierzających prowadzić działalność gospodarczą polegającą na wytwarzaniu energii elektrycznej w odnawialnych źródłach energii. URE Warszawa, październik 2006
  5. Polityka Energetyczna Polski do 2025 roku. Rozp. Min. Gospodarki  z dnia 1 lipca2005
  6. Praca zbiorowa: Perspektywy produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych w Rolniczych Zakładach Doświadczalnych SGGW. SGGW Warszawa czerwiec 2007r.

 

See also
Zobacz również
Farmy wiatrowe cz. 2 Farmy wiatrowe cz. 2
Klasyczny układ, najczęściej obecnie produkowanych turbin, to pozioma oś obrotu o trzech łopatach. W eksploatacji znajdują się jeszcze rozwiązania jedno, dwułopatowe, które mimo pewnych zalet (ograniczenie masy wirnika), posiadają istotną wadę – są źródłem większego hałasu. Dlatego te konstrukcje stały się mniej popularne i są raczej zanikające. Im większa liczba łopat tym większy moment startowy wirnika turbiny. Rozwiązanie z 3 łopatami jest kompromisem między wydajnością a trwałością turbiny. Łopaty o długości 20-40 m wykonane z włókien szklanych lub węglowych montowane są na wale, który zazwyczaj jest połączony ze skrzynia biegów i generatorem.
Farmy wiatrowe cz. 3 Farmy wiatrowe cz. 3
Stosowanie szybkoobrotowych generatorów asynchronicznych wymusza stosowanie przekładni między maszyną a kołem wiatrowym (wirnikiem turbiny wiatrowej) wirującym z prędkością nie większą niż 40 obr/min. Ta stosunkowo mała prędkość wirnika wynika przede wszystkim z potrzeby optymalizacji pracy elektrowni, czyli potrzeby maksymalizacji mocy uzyskiwanej ze strumienia wiatru.Efekt taki otrzymuje się dla kół wiatrowych z trzema łopatami, przy wyróżniku szybkobieżności (definiowanym jako stosunek prędkości liniowej końca łopaty do prędkości wiatru) równym 7. km/h) w stanie pracy ustalonej i jeszcze większe w stanach przejściowych.
Farmy wiatrowe cz. 1 Farmy wiatrowe cz. 1
Energetyka wiatrowa rozwijająca się ostatnio bardzo dynamicznie, przestaje być propozycją rozwiązania problemów energetycznych wsi, a nabrała istotnego znaczenie dla elektroenergetyki zawodowej. Słabo rozwinięta infrastruktura elektroenergetyczna i pozbawiona tradycyjnych źródeł energii, np. północno-wschodnia część Polski, może być wspomagana farmami wiatrowymi. W Polsce już ponad 200 MW mocy zainstalowanej jest w siłowniach wiatrowych i wciąż ich przybywa. Dla krajowego systemu elektroenergetycznego to niewiele, ale dla zaspokojenia lokalnych potrzeb to znacząca ilość.