Upload
michal-trochimiuk
View
225
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
pozyskiwanie energi elektrycznej z elektrowni wiatrowych
Citation preview
Pozyskiwanie energii elektrycznej z elektrowni
wiatrowych 1
Natura i zasoby energii wiatru Natura i zasoby energii wiatru
2
Do rożnych obszarów Ziemi dociera rożna ilość promieniowania słonecznego. W wyniku nierównomiernego nagrzewania się mas powietrza i różnicy temperatur
wytwarzają się gradienty ciśnień, a naturalna tendencja wyrównywania ciśnieńpowoduje poziome ruchy mas powietrza, określane jako WIATR.
Powietrze przemieszcza się od miejsca, w którym jest wysokieciśnienie atmosferyczne w stronę obszaru o niższym ciśnieniu.
W →→→ NIm większa jest różnica ciśnień, tym wiatr jest silniejszy (wieje z większą
prędkością).Nie byłoby wiatru, gdyby taka sama ilość promieniowania słonecznego docierała
do wszystkich punktów globu.
Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
Lokalne zaburzenia prLokalne zaburzenia pręędkodkośści wiatru ci wiatru
3
Na terenach zabudowanych czy zalesionych przepływ wiatru jest zabużony. Przed przeszkodą wiatr wieje płynnie, laminarnie natomiast za przeszkodą w odległości ponad 20 wielokrotności wysokości przeszkody powstaje rozległa
strefa wiatru zaburzonego, turbulentnego nienadającego się do zagospodarowania przez turbiny wiatrowe. Strefa ta sięga do 2 krotnej
wysokości przeszkody. Z tego względu przed wyborem lokalizacji małej (przydomowej turbiny) warto sprawdzić główny kierunek wiatru i odległość
turbiny od pobliskich budynków i wysokich drzew.
Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
ZaleZależżnonośćść prpręędkodkośści wiatru od wysokoci wiatru od wysokośści ci
4
Wraz ze wzrostem wysokości nad poziomem gruntu rośnie prędkość wiatru. Zjawisko to wynika z faktu, że wszelkie obiekty znajdujące się na powierzchni jak budynki, drzewa
spowalniają wiatr stając się naturalnym hamulcem. Z tego względu w celu lepszego wykorzystania zasobów wiatru turbiny wiatrowe umiejscawia się na wysokich masztach.
]/[)(0
0 smhhVV h
hα=
gdzie: Vh = prędkość wiatru na liczonej wysokości V0 = prędkość wiatru na wysokości h0hh = wysokość, dla której liczymy prędkośćh0 = wysokość usytuowania wiatromierzaα = współczynnik szorstkości terenu
Wysokość w [m] Średnia prędkośćw [m/s]
Powierzchniowa gęstośćmocy wiatru [W/m²]
10 3,3 22 80 4,6 58 800 7,2 205
Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
WspWspóółłczynnik szorstkoczynnik szorstkośści ci
5
Klasa szorst-kości
Współ-czynnik
αOpis terenu
1 0,0002 Morze teren otwarty na odległości >3km
2 0,005 Obszary bagienne śnieg teren bez zabudowy i roślinności
3 0,03 Płaski teren otwarty, trawa, pojedyncze budynki
4 0,1 Niskie uprawy, pojedyncze budynkj o parametrach [x/h]<20
5 0,25 Wysokie uprawy, zabudowa rozrzucona o parametrach 15<[x/h]<20
6 0,5 Parki, krzaki, zarośla, budynki o parametrach [x/h]≈10
7 1 Przedmieścia lasy
8 >2 Przedmieścia dużych miast
x-długość przeszkody, h- wysokość przeszkody
ZaleZależżnonośćść prpręędkodkośści wiatru od lokalizacji ci wiatru od lokalizacji
6Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
ZaleZależżnonośćść energii wiatru od lokalizacji energii wiatru od lokalizacji
7Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
E [MWh/m2·a]Strefa
H=10m, α=0 H=30m, α=0
Wybitnie korzystna ≥ 1.00 ≥ 1.50
Bardzo korzystna <0.75, 1.00) <1.00, 1.5)
Korzystna <0.50, 0.75) <0.75, 1.00)
Mało korzystna <0.25, 0.50) <0.50, 0.75)
Niekorzystna <0.25 <0.50
Wartość energii użytecznej wiatru w strefach pokazanych na mapie wiatrowej Polski sporządzonej przez IMGW
Moc wiatru i turbiny wiatrowej Moc wiatru i turbiny wiatrowej
8
PW = 0,5 ⋅ ρ ⋅ v3
gdzie:PW - powierzchniowa gęstość mocy [W/m2]ρ – gęstość powietrza [kg/m3]v – prędkość powietrza [m/s]
Energia wiatru jest ściśle skorelowana z prędkością poruszającego siępowietrza oraz jego gęstością (średnio1,225 kg/m3 ).
Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
PTW = cp ⋅ PW ⋅ A gdzie:PTW – moc turbiny wiatrowej [W] cp – współczynnik mocy (wsp. Betza) A – powierzchnia koła zataczanego przez łopaty
wirnika [m2]
MoMożżliwoliwośści wykorzystania energii wiatru ci wykorzystania energii wiatru
9
Prawo Betz'a Idealnie skonstruowana turbina wiatrowa podczas swojej pracy jest w stanie spowolnić wiatr do 1/3 jego pierwotnej prędkości w wyniku czego odzyska
59,3 % energii w nim zawartej. W rzeczywistych warunkach pracy sprawnośćturbiny jest zawsze niższa niż 59.3 % .
%,359<η
Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
MoMożżliwoliwośści wykorzystania energii wiatru ci wykorzystania energii wiatru
10
Rzeczywisty współczynnik mocy cp dla budowanych turbin wiatrowych jest mniejszy od współczynnika idealnego ze względu na straty aerodynamiczne.
Współczynnik cp jest funkcją kąta zaklinowania (nachylenia) łopat oraz wyróżnika szybkobieżności.
Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
SprawnoSprawnośćść wirnikwirnikóów turbin wiatrowychw turbin wiatrowych
11Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.plWspółczynnik szybkobieżności λ
Wsp
ółcz
ynni
k m
ocy
c p
SprawnoSprawnośćść wirnikwirnikóów turbin wiatrowychw turbin wiatrowych
12Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Współczynnik momentu mechanicznego cm.definiowany tak samo jak współczynnik cp, z tym, że odnosi się do momentów.
Współczynnik szybkobieżności λ
Wsp
ółcz
ynni
k m
omen
tu c
m
Zasoby energii wiatruZasoby energii wiatru
13
Charles Francis Brush skonstruowałpierwszą elektrownię wiatrową o mocy
12kW w roku 1888 w Stanach Zjednoczonych. Turbina Brush'a miała średnicę 17 metrów i składała się ze 144 łopat zrobionych z drzewa cedrowego. Poul la Cour zmodernizował projekt
Brush'a. Jego koncepcja turbiny zakładała zastosowanie wirnika o kilku łopatach, co było korzystniejszym
rozwiązaniem dla generatorów elektrycznych.
Szybki rozwój małej energetyki wiatrowej w Stanach Zjednoczonych i
Europie zahamowany został przez ogólnoświatowy kryzys gospodarczy w
latach trzydziestych XX wieku a następnie przez II wojnę światową.
PodziaPodziałł turbin wiatrowychturbin wiatrowych
14Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
15
Zalety • cicha praca nawet przy dużych prędkościach wiatru, • odporność na wiatr o dużej prędkości, kształt wirnika
zapewnia aerodynamiczne ograniczenie prędkości obrotowej,• bezobsługowa praca zespołu prądotwórczego z uwagi na
brak połączeń ślizgowych,• rozpoczynają pracę przy niskich prędkościach wiatru.
Wady• niska sprawność do 40% (zazwyczaj ok. 20%),• ze względu na niewielką prędkość obrotową konieczny jest
generator wolnobieżny lub przekładnia której zastosowanie zmniejsza sprawność urządzenia i przyczynia się do zwiększenia emisji hałasu.
Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
Turbina o pionowej osi wirnika (VAWT)Turbina o pionowej osi wirnika (VAWT)
16
Turbiny o osi poziomej
Zalety • posiadają wysoką sprawność do 50%, • z łatwością mogą być instalowane na wysokich masztach, co umożliwia sięganie po większe zasoby energii wiatru.
Wady• ze względu na wysoką prędkość obrotową wymagająhamulca, który przy bardzo silnym wietrze zatrzyma turbinę,
• są głośne przy szybszym wietrze,• wymagają mechanizmu naprowadzania na kierunek wiatru, • w przypadku umieszczenia generatora w gondoli wymagajązastosowania połączeń ślizgowych.
Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
Ze względu na największą sprawność najczęściej komercyjnie stosowane są
Turbina o poziomej osi wirnika (HAWT)Turbina o poziomej osi wirnika (HAWT)
turbiny śmigłowe trzyłopatowe.
Zasoby energii wiatru w Polsce Zasoby energii wiatru w Polsce
17
Wg pomiarów IMGW:5% obszaru Polski posiada wybitnie
korzystne warunki wiatrowe,30% bardzo korzystne a blisko 60 % kraju posiada korzystne
warunki do wykorzystania energii wiatru.
Mapa poglądowa - strefy energetyczne wiatru w PolsceŹrodło: Ośrodek Meteorologii IMGW
Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
Zasoby energii wiatru w PolsceZasoby energii wiatru w Polsce
18
Moc zainstalowana w energetyce wiatrowej w Polsce to 1095 MW (stan 30.09.2010) a w 2009 r. turbiny wiatrowe dostarczyły 1,029 TWh energii
elektrycznej. Oznacza to, że obecnie polski potencjał ekonomiczny energetyki wiatrowej jest wykorzystywany w ok. 1%
Natura i zasoby energii wiatru Natura i zasoby energii wiatru
19Kłopotliwą cechą energii wiatru jest jej duża zmienność w przestrzeni (zmiana prędkości wiatru wraz z wysokością) i w czasie.
Miesięczna zmiana prędkości wiatru dla centralnej Polski
Dzienna zmiana prędkości wiatru dla centralnej Polski
Roczna zmiana prędkości wiatru dla centralnej Polski
Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
Charakterystyka turbiny wiatrowej Charakterystyka turbiny wiatrowej -- przykprzykłładad
20Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
Jak oszacowaJak oszacowaćć uzysk energii elektrycznej z turbiny? uzysk energii elektrycznej z turbiny? 1. Uzyskać dane o wietrzności w rejonie instalacji elektrowni np. z IMGW.
2. Odczytać moc z charakterystyki wybranej turbiny.
Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
Prędkośćwiatru w
Prawdopodobieństwo występowania danej
prędkości wiatru w roku –dane meteorologiczne
[m/s] %1 9,82 14,43 19,04 16,55 13,86 9,97 7,18 4,69 2,7
10 1,211 1,212 013 014 015 016 017 018 019 020 0
21
0
10
20
30
40
50
60
0 5 10 15 20 25
Prędkość wiatru [m/s]
Moc
turb
iny
[W]
3. Pomnożyć: % występowania danej prędkości wiatru w roku ×moc turbiny dla danej prędkości wiatru × liczbę
godzin w roku.
Jak oszacowaJak oszacowaćć uzysk energii elektrycznej z turbiny? uzysk energii elektrycznej z turbiny?
22Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
A B C D=A⋅B⋅C
Prędkośćwiatru w [m/s]
% występowania danej prędkości wiatru w roku – dane meteorologiczne
Moc turbiny w [W] przy danej prędkości
wiatru
Liczba godzin w roku
Uzysk energii w [Wh]
1 9,8 0 02 14,4 0 03 19 0,5 8324 16,5 1 14455 13,8 3 36276 9,9 6 52037 7,1 10 62208 4,6 15 60449 2,7 19 4494
10 1,2 23 241811 1,2 27 283812 0 31 013 0 35 014 0 39 015 0 43 016 0 47 017 0 51 018 0 55 019 0 58 020 0 60
8760
0Razem 33122
Uzysk energii elektrycznej dla rUzysk energii elektrycznej dla róóżżnych turbin nych turbin
23
Planując inwestycję w siłownie wiatrowe niezwykle istotny jest dobór siłowniwiatrowej o odpowiedniej charakterystyce.
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15
Prędkośc wiatru [m/s]
Moc
turb
iny
[%]
turbina 1
tubina 2
turbina 3
24
Stopień wykorzystania mocy w ciągu rokuPrędkość
wiatru
Częstośćwystępowania
danej prędkości wiatru w roku
Moc turbiny 1
Moc turbiny 2
Moc turbiny 3 turbiny 1 turbiny 2 turbiny 3
[m/s] [% ] [%] [% ] [%] [% ] [% ] [% ]1 1,38 0 0 0 0,00 0,00 0,002 5,35 0 2 0 0,00 0,11 0,003 11,03 3 4 0 0,33 0,44 0,004 16,52 9 11 4 1,49 1,82 0,665 19,47 20 17 10 3,89 3,31 1,956 18,39 36 26 16 6,62 4,78 2,947 13,91 60 50 29 8,35 6,96 4,038 8,31 87 71 42 7,23 5,90 3,499 3,85 100 86 58 3,85 3,31 2,23
10 1,36 90 93 67 1,22 1,26 0,9111 0,35 95 100 82 0,33 0,35 0,2912 0,07 90 96 92 0,06 0,07 0,0613 0,01 97 94 98 0,01 0,01 0,0114 0 97 90 100 0,00 0,00 0,0015 0 97 86 100 0,00 0,00 0,00
SUMA 33,39 28,31 16,58
Uzysk energii elektrycznej dla rUzysk energii elektrycznej dla róóżżnych turbin nych turbin
StopieStopieńń wykorzystania mocy dla rwykorzystania mocy dla róóżżnych turbinnych turbinw ciw ciąągu rokugu roku
25
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Prędkość wiatru [m/s]
Stop
ień
wyk
rzys
tani
a m
ocy
[%]
turbina 1tubina 2turbina3
Uzysk energii dla rUzysk energii dla róóżżnych turbinnych turbin
26
33,39 [%] x 1 [kW] x 24[h/d] x365 [d/r]= 2924,9 [kWh/r]
28,31 [%] x 1 [kW] x 24[h/d] x365 [d/r]= 2479,9 [kWh/r]
d- dzień; r-rok; h- godzina
TURBINA 1
TURBINA 2
TURBINA 3 16,58 [%] x 1 [kW] x 24[h/d] x365 [d/r]= 1452,4 [kWh/r]
Zakładamy moc turbiny PTW=1kW
Okres zwrotu inwestycji w elektrowniOkres zwrotu inwestycji w elektrownięę wiatrowwiatrowąą
27Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
Zakładamy wykorzystanie turbiny o podanej charakterystyce
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 5 10 15 20 25
Prędkość wiatru [m/s]
Moc
turb
iny
kW]
Okres zwrotu inwestycji w elektrowniOkres zwrotu inwestycji w elektrownięę wiatrowwiatrowąą
28
A B C
Prędkośćwiatru
Prawdopodobieństwo występowania danej
prędkości wiatru w roku
Moc turbiny przy danej prędkości wiatru
Stopieńwykorzystania mocy
turbiny
[m/s] [% ] [%] [% ]1 10,71 0 02 33,05 0 03 36,79 0 04 16,61 5 0,83055 2,71 12 0,32526 0,13 20 0,0267 0 30 08 0 40 09 0 50 0
10 0 60 011 0 70 012 0 80 013 0 90 014 0 95 015 0 100 016 0 100 017 0 100 018 0 100 019 0 100 020 0 100 021 0 100 022 0 100 023 0 100 024 0 100 025 0 100 0
SUMA 1,1817
A B C
Prędkośćwiatru
Prawdopodobieństwo występowania danej
prędkości wiatru w roku
Moc turbiny przy danej prędkości wiatru
Stopień wykorzystania mocy turbiny
[m/s] [% ] [%] [% ]1 1,38 0 02 5,35 0 03 11,03 0 04 16,52 5 0,8265 19,47 12 2,33646 18,39 20 3,6787 13,91 30 4,1738 8,31 40 3,3249 3,85 50 1,92510 1,36 60 0,81611 0,35 70 0,24512 0,07 80 0,05613 0,01 90 0,00914 0 95 015 0 100 016 0 100 017 0 100 018 0 100 019 0 100 020 0 100 021 0 100 022 0 100 023 0 100 024 0 100 025 0 100 0
SUMA 17,3884
Dla średniej prędkości=2,7 m/s Dla średniej prędkości=5,4 m/s
Okres zwrotu inwestycji w elektrowniOkres zwrotu inwestycji w elektrownięę wiatrowwiatrowąą
29
Obliczenie ilości energii, którą można uzyskać w trakcie rocznej eksploatacji siłowni wiatrowej:
1,18 [%] x 2,5 [kW] x 24[h/d] x365 [d/r]= 258,4[kWh/r]
Dla średniej prędkości=2,7 m/s
17,4 [%] x 2,5 [kW] x 24[h/d] x365 [d/r]= 3810,6[kWh/r]
Dla średniej prędkości=5,4 m/s
Obliczenie rocznego zysku
3810,6[kWh/r] x 0,6[zł/kWh]= 2286,36 [zł/r]
Założenie: Koszt siłowni wiatrowej 2,5 kW z montażem kosztuje 35 tys. zł.
Obliczenie prostego okresu zwrotu:
35 000[zł]/2286,36 [zł/r] = ok. 15 lat
d- dzień; r-rok; h- godzina
Budowa turbiny wiatrowejBudowa turbiny wiatrowej
30
Budowa turbiny wiatrowejBudowa turbiny wiatrowej
31
32
BudowaBudowagondoligondoli
Vestas V80 Vestas V80 PPTWTW=2MW=2MW
transformator
Sterownikpiasty
cylinder systemu
sterowaniałopatami
oś główna
chłodnicaoleju
sterownik VIP z konwerterem
przekładnia dźwig
hamulecpostojowy
chłodnicageneratora
generatorkoła zębate
układu kierunkowaniarama
pierścień układu kierunkowania
pias
ta w
irnik
a
łoży
sko ło
paty
wirn
ika
łopa
ta
tarcza układu hamowania wirnika układ hydrauliczny uk
ładu
blo
kow
ania
wirn
ika
Budowa turbiny wiatrowej Budowa turbiny wiatrowej VestasVestas V52 PV52 PTWTW=0,85 MW=0,85 MW
33Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Generatory turbin wiatrowychGeneratory turbin wiatrowych
34Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
W turbinach wiatrowych stosowane są generatory:- asynchroniczne:
- klatkowe- z uzwojonym wirnikiem (pierścieniowe)
- synchroniczneW zależności od zastosowanego generatora oraz układu
sterująco-przetwornikowego wirnik (śmigło) turbiny wiatrowej może byćstałoobrotowy lub o zmiennej prędkości obrotowej.
Generatory turbin wiatrowychGeneratory turbin wiatrowych
35
Moc 80 -800kW Moc 801 -1500kW
Moc > 1500kW
indukcyjne pierścieniowe21%
synchroniczne wolnoobrotowe
23%
synchroniczne szybkoobrotowe 0%
indukcyjne klatkowe dwubiegowe
56%
indukcyjne pierścieniowe
26%
synchroniczne szybkoobrotowe
3%
synchroniczne wolnoobrotowe
2%
indukcyjne klatkowe dwubiegowe
69%
indukcyjne klatkowe dwubiegowe
14%
indukcyjne pierścieniowe
3%
synchroniczne szybkoobrotowe
0%
synchroniczne wolnoobrotowe
83%
Turbiny wiatrowe Turbiny wiatrowe -- generatory i przeksztageneratory i przekształłtnikitniki
36Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Elektrownia wiatrowa Elektrownia wiatrowa zz generatorem asynchronicznymgeneratorem asynchronicznym(Schemat blokowy) (Schemat blokowy)
Elektrownia wiatrowa Elektrownia wiatrowa zz generatorem synchronicznymgeneratorem synchronicznym(Schemat blokowy) (Schemat blokowy)
Turbiny wiatrowe Turbiny wiatrowe -- generatory i przeksztageneratory i przekształłtnikitniki
39Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Turbiny wiatrowe Turbiny wiatrowe –– regulacja mocy wyjregulacja mocy wyjśściowejciowej
40Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Utrzymanie mocy wyjściowej na stałym poziomie jest istotnym warunkiem współpracy elektrowni z siecią energetyczną. W turbinach wiatrowych stosowane są następujące metody regulacji mocy:
- aktywna regulacja przez ustawianie kąta łopat (active pitchcontrol)
- pasywna regulacja przez przeciągnięcie (stall control)- aktywna regulacja przez przeciągnięcie (active stall control)- aktywna regulacja przez zmianę kierunku ustawienia gondoli w
stosunku do kierunku wiatru (active yaw contol)- aktywna regulacja przez zmianę obciążenia generatora (active
load control)- aktywna regulacja lotkami łopat wirnika (active aileron control)- regulacja poślizgiem generatora (przy specjalnych generatorach
asynchronicznych)
Turbiny wiatrowe Turbiny wiatrowe –– wspwspóółłpraca z siecipraca z sieciąą
41Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Zależność mocy turbiny od prędkości wiatru powoduje:- konieczność zwiększenia rezerw mocy w innych źródłach, - utrudnione prowadzenie ruchu systemu, np. wskutek
gwałtownych zrzutów obciążenia i zmian kierunków przepływu energii w sieciach,
- trudności w planowaniu bilansu mocy i energii.
Czynniki pogarszające parametry jakości energii w sieci elektroenergetycznej spowodowane pracą turbin wiatrowych:
- wahania mocy, - wahania napięcia, - migotanie, - wyższe harmoniczne.
Turbiny wiatrowe Turbiny wiatrowe –– najwanajważżniejsze parametryniejsze parametry
42Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
- wysoka niezawodność,- możliwie niskie koszty eksploatacji i obsługi, - start (cut in) przy możliwie najniższej prędkości wiatru (3-5 m/s), - zatrzymanie (cut off) przy możliwie najwyższej prędkości wiatru (23-27m/s),
- rzeczywista żywotność powyżej 20 lat,- wysoka jakość energii oddawanej do sieci,- niskie poziomy hałasu i wibracji w miejscu instalacji.
Zasoby energii wiatruZasoby energii wiatru
43
Hałas w bliskim sąsiedztwie turbin
Szpecenie krajobrazu
Zagrożenie dla ptaków
Zalety i wady duZalety i wady dużżych elektrowni wiatrowychych elektrowni wiatrowych
44
Zalety:nie emitują zanieczyszczeń do atmosfery podczas pracy, korzystają z nielimitowanych zasobów energii wiatru (brak ryzyka wzrostu cen energii)mogą być budowane na nieużytkach (terenach wyłączonych z użytkowania)wokół dużych elektrowni wiatrowych można prowadzić uprawy
poprawiają bezpieczeństwo energetyczne uniezależniają kraj od dostaw surowców energetycznych.
Wady:wysokie koszty inwestycyjne,niezbędna jest energia tradycyjna, tzw.
zapas mocy w sieciwiatr jest bardzo zmiennyWytworzona energia nie może być
przechowywana i obciąża siećmogą przyczyniać się do destabilizacji
systemu elektroenergetycznego – wymagająsprawnie działającego rynku bilansującego, systemów gromadzenia energii .
głośna praca łopat powoduje, że nie mogąbyć budowane na terenach zamieszkałych i siedliskach zwierząt (nie dotyczy małych turbin wiatrowych),
„zanieczyszczają wizualnie środowisko”Miejsca o dobrej wietrzności zwykle
zlokalizowane są daleko od miejsc o dużym zapotrzebowaniu na energię
Elektrownie wiatrowe w PolsceElektrownie wiatrowe w Polsce
45
Rozmieszczenie mocy w energetyce wiatrowej w poszczególnych województwach Polski. Stan na 31.06.2010
Elektrownie wiatrowe na Elektrownie wiatrowe na ŚŚwieciewiecie
46
Kraj 2005 2006 2007 2008 2009Moc zainstalowana w [MW]
Stany Zjednoczone 9 149 11 603 16 819 25 170 35 159Niemcy 18 428 20 622 22 247 23 903 25 777Chiny 1 266 2 599 5 912 12 210 25 104Hiszpania 10 028 11 630 15 145 16 740 19 149Indie 4 430 6 270 7 850 9 587 10 925Włochy 1 718 2 123 2 726 3 537 4 850Francja 779 1 589 2 477 3 288 4 070Wielka Brytania 1 353 1 963 2 389 3 288 4 070Portugalia 1 022 1 716 2 130 2 862 3 535Dania 3 132 3 140 3 129 3 164 3 465Polska 83 153 276 472 725
Świat razem 59 024 74 151 93 927 121 188 157 899
Dobrym przykładem wykorzystania energii wiatru jest Dania. W tym kraju zainstalowanych jest obecnie ok. 4000 turbin, co zaspakaja ok. 20% potrzeb
energetycznych tego państwa. Obecna produkcja turbin w Danii stanowi, co do wartości trzeci produkt eksportowy tego kraju.
Źródło: http://zielonytelefon.eco.pl
Rok 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Moc zainstalowana w [MW]
83,3 152 287,9 451 724,7 1 005
Produkcja energii w [GWh]
135,3 388,4 494,2 790,2 1 029 1 396
Udział w bilansieEnergetycznym [%]
0,09 0,26 0,32 0,51 0,69 0,93
Elektrownie wiatrowe najwiElektrownie wiatrowe najwięęksi producenciksi producenci
47Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Elektrownie wiatrowe najwiElektrownie wiatrowe najwięęksi producenciksi producenci
48
Turbiny zainstalowane w Polsce stan aktualny.
Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Elektrownie wiatrowe etapy inwestycjiElektrownie wiatrowe etapy inwestycji
49Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
1. Wybór potencjalnych lokalizacji2. Analiza możliwości inwestycji w energię wiatrową w wybranych
miejscach3. Pozyskanie akceptacji władz miejscowych dla inwestycji 4. Aktualizacja lub przygotowanie planu zagospodarowania
przestrzennego5. Wykonanie pomiarów wietrzności przez okres przynajmniej 1 roku6. Analiza pomiarów, wielowariantowy dobór turbin, szacowanie produkcji
energii, określenie lokalizacji poszczególnych turbozespołów7. Przygotowanie wstępnego biznesplanu8. Opracowanie ekspertyzy wpływu farmy wiatrowej na sieć9. Uzyskanie warunków przyłączeniowych.10. Przygotowanie raportu wpływu inwestycji/farmy na środowisko.11. Złożenie wniosku o (wraz z wszystkimi raportami) o wydanie decyzji
środowiskowej do gminy na której terenie ma być inwestycja.
Elektrownie wiatrowe etapy inwestycjiElektrownie wiatrowe etapy inwestycji
50Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
12. Otrzymanie decyzji środowiskowej od gminy (na podstawie decyzji Regionalnej Dyrekcji Ochrony Środowiska).
13. Uzyskanie prawa do dysponowania gruntem.14. Wybór producenta i dostawcy urządzeń.15. Przygotowanie projektu budowlanego do pozwolenia na budowę.16. Szczegółowy biznesplan.17. Uzyskanie koncesji na produkcję energii elektrycznej.18. Otrzymanie pozwolenia/pozwoleń na budowę.19. Budowa.20. Umowa przedwstępna na sprzedaż energii.21. Umowa przyłączeniowa i uzgodnienie instrukcji współpracy.22. Umowy sprzedaży świadectw pochodzenia (zielonych certyfikatów).23. Otrzymanie koncesji na wytwarzanie energii.24. Otrzymanie pozwolenia użytkowania obiektu.
MaMałłe turbiny wiatrowe (MTW)e turbiny wiatrowe (MTW)
51
a) turbina Turby, b) turbina EHD, c) turbina H-Darrieusa, d) turbina Wind Rotor, e) turbina świdrowa Savoniusa, f) turbina Darrieusa o osi poziomej
Turbina o pionowej osi wirnika (VAWT)Turbina o pionowej osi wirnika (VAWT)
52Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Najbardziej sprawną tego typu turbiną jest turbina Darrieus’a i jej odmiany.
Turbiny o pionowej osi ze wzglTurbiny o pionowej osi ze wzglęędu na niskdu na niskąą sprawnosprawnośćść i dui dużże problemy e problemy konstrukcyjne skonstrukcyjne sąą rzadko stosowane do zastosowarzadko stosowane do zastosowańń profesjonalnychprofesjonalnych
MaMałłe turbiny wiatrowee turbiny wiatrowe
53
• nie są niebezpieczne dla ptaków,• nie wymagają linii przesyłowych i homologacji• nie szpecą krajobrazu • nie emitują infradźwięków,• pracują już przy niskiej prędkości wiatru już od ok. 2 m/s• możliwość zagospodarowania energii wiatrowej na każdym terenie
odsłoniętym (typowym dla gospodarstw indywidualnych),• możliwość stosowania w terenach zabudowanych (tam gdzie występują
tzw. przeciągi na skutek spiętrzenia mas powietrza przez wysokie bloki),
Elektrownie wiatrowe Elektrownie wiatrowe ––dodośświadczenia swiadczenia sąąsiadsiadóóww
54Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Koncern E.ON największy dostawca energii w Niemczech i właściciel wielu farm wiatrowych dokładnie zbadał sens inwestycji w dużą energetykę wiatrową.
Najważniejszy wniosek jest paradoksalny: „Przy wzroście udziału zainstalowanej mocy wiatrowej w sieci elektroenergetycznej jej wykorzystanie maleje”Przewidywania na rok 2020:Moc zainstalowana 48GW a wykorzystana 2GW
Źródło – raport E.ON 2005
Elektrownie wiatrowe Elektrownie wiatrowe ––dodośświadczenia swiadczenia sąąsiadsiadóóww
55Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Gwałtowne zmiany mocy dostarczanej do sieci z dużych farm wiatrowych i elektrowni wiatrowych dużej mocy trzeba kompensowaćkorzystając z elektrowni konwencjonalnych co wymusza ciągłe trzymanie ponad 90% mocy w elektrowniach tradycyjnych!!!
Z reguły przy większym zapotrzebowaniu energii, np. silny mróz lub mocne upały, wiatr nie wieje.
Źródło – raport E.ON 2005
Elektrownie wiatrowe Elektrownie wiatrowe ––dodośświadczenia swiadczenia sąąsiadsiadóóww
56Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Duże zmiany mocy z elektrowni wiatrowych kompensuje sięprzy pomocy elektrowni konwencjonalnych:
- Najlepiej nadają się hydroelektrownie (trzeba je jednak posiadać!)
- Turbiny gazowe muszą oczekiwać na jałowym biegu (tzw. rezerwa wirująca) – jest to niezmiernie nieekonomiczne i szkodliwe dla środowiska
- Przepustowe linie (mosty) energetyczne – trzeba je posiadać!Dania korzysta z:- Norweskich hydroelektrowni- Szwedzkich elektrowni jądrowych- Bardzo wydajnego mostu energetycznego do Niemiec (transfer
nadwyżek)Źródło – raport E.ON 2005
Elektrownie wiatrowe Elektrownie wiatrowe ––dodośświadczenia swiadczenia sąąsiadsiadóóww
57Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Dania nadwyżki energii wiatrowej sprzedaje za granicę poniżej kosztów produkcji (dopłata ok. 1 miliard DKK rocznie); podatnik duński dopłaca za wątpliwy przywilej korzystania z energii wiatru
Najnowsze tendencje na świecie to dywersyfikacja źródeł energii i powrót do turbin małej mocy, czyli większe dotacje dla małych turbin wiatrowych. W zeszłym roku takie działania podjęły, np.: Wielka Brytania, Włochy i inne kraje Europejskie.
Elektrownie wiatrowe Elektrownie wiatrowe ––dodośświadczenia swiadczenia sąąsiadsiadóóww
58Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Dywersyfikacja i rozproszenie źródeł oznacza brak obciążenia sieci przesyłowej. Oznacza też brak konieczności rozbudowy sieci. Dywersyfikacja oznacza pełniejsze wykorzystanie mocy zainstalowanych urządzeń wytwórczych wykorzystujących OZE (w tym turbin wiatrowych) niemal w miejscu wytworzenia energii bez niepotrzebnych strat przesyłowych.
DuDużże farmy wiatrowe w Polsce e farmy wiatrowe w Polsce -- prognozaprognoza
59Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
Bez dużych dotacji farma wiatrowa w Polsce jest całkowicie nieopłacalna.
W naszym kraju nie mamy niezbędnych rezerw:
- w hydroelektrowniach
- w elektrowniach konwencjonalnych
Nasza sieć przesyłowa wymagałaby gruntownej modernizacji aby była stabilna po dużym zwiększeniu mocy farm wiatrowych.
Przyłączenie dużych farm wiatrowych do sieci powoduje jedynie zwiększenie kosztów energii i użytkowania sieci bo ze względu na konieczność utrzymywania rezerw na poziomie ponad 90%, generowana przez farmy wiatrowe energia nie zmniejsza zużycia paliw kopalnych.
Elektrownie wiatrowe Elektrownie wiatrowe ––wypadkiwypadki
60Źródło: firma EcoSolar www.ecosolar.pl
60 EcoSolar 2011
Dziękuję za uwagę
61