BBI Zeneris

Zjawisko powstawania wiatrów związane jest z głównie z nierównomiernym ogrzewaniem mas powietrza przez słońce, nierównościami powierzchni ziemi oraz obrotami kuli ziemskiej. Turbiny wiatrowe przekształcają energię kinetyczną wiatrów w energię mechaniczną, która może być wykorzystana do wykonania określonych prac (np. pompowania wody), bądź też, przy użyciu generatora, do wyprodukowania energii elektrycznej.

Współczesne turbiny wiatrowe dzielą się na dwa podstawowe rodzaje: turbiny o poziomej oraz pionowej osi pracy. Najczęściej spotkać można dzisiaj turbiny o poziomej osi pracy, które posiadają dwie albo trzy łopatki. Urządzenia tego typu dzielą się na dwie podklasy: pracujące frontem do kierunku wiatru oraz urządzenia pracujące tyłem do kierunku wiatru.

Pojedyncze turbiny użytkowe mają moc od 50kW do kilku MW (jednym z większych urządzeń tego typu jest wyprodukowana przez firmę GE turbina o mocy 3,6 MW). Duże turbiny najczęściej zgrupowane są w tzw. farmy wiatraków, tworząc modułową elektrownię wiatrową o mocy od kilkunastu do kilkuset MW.

Turbiny o mocy poniżej 50kW są wykorzystywane najczęściej do zasilania gospodarstw domowych, pompowania wody itd. Czasami działają w połączeniu z generatorami dieslowskimi, bateriami bądź systemami fotowoltaicznymi tworząc tzw. systemy hybrydowe - używane najczęściej do zasilania urządzeń w miejscach, gdzie z różnych względów niedostępna jest sieć elektryczna.

Typowa turbina wiatrowa składa się z następujących elementów:

• wiatromierz - mierzy szybkość wiatru i transmituje informacje o tym do kontrolera;

• łopatki turbiny - większość turbin ma dwie albo trzy profilowane łopatki. Wiatr uderzając w nie tworzy na powierzchni łopatek różnice ciśnień, co powoduje ich ruch, który z kolei przekłada się na ruch obrotowy wału;

• hamulec - urządzenie służące do zatrzymania turbiny w nagłych przypadkach (np. awarii);

• kontroler - urządzenie, które uruchamia turbinę, kiedy wiatr wieje z prędkością minimalną od 8 do 16 mph a wyłącza ją, gdy szybkość wiatru przekroczy 65 mph. Turbiny nie mogą pracować przy silniejszym wietrze z powodu niebezpieczeństwa przegrzania się generatorów.

• skrzynia biegów - łączy wolnoobrotowy wał (podłączony bezpośrednio do łopatek turbiny) do wału szybkoobrotowego (podłączony do generatora). Zwiększa prędkość obrotową z 30-60 obrotów na minutę do ok. 120?1500 obr/min. Jest to jeden z cięższych oraz kosztowniejszych elementów turbiny;

• generator - element wytwarzający prąd elektryczny;

• urządzenie odpowiadające za optymalne ułożenie łopatek w stosunku do kierunku wiatru;

• wieża, czyli element nośny turbiny. Ponieważ siła wiatru wzrasta wraz z wysokością, ogólnie rzecz ujmując, wyższe wieże umożliwiają produkcję większej ilości energii elektrycznej.
  
  

Zalety wiatru jako źródła energii:

• wiatr jest czystym źródłem energii tj. produkcja energii na bazie tego źródła nie zanieczyszcza powietrza, nie powoduje emisji gazów cieplarnianych itd.;

• wiatr jest lokalnym źródłem energii ? produkcja prądu przy użyciu tego źródła powoduje zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego państwa;

• wiatr jest tzw. odnawialnym źródłem energii, czyli źródłem, które nie może się wyczerpać;

• wiatr jest jednym z najtańszych odnawialnych źródeł energii.
  
  

Wady wiatru jako źródła energii:

 

• energia pochodząca z tego źródła musi być konkurencyjna cenowo z energią uzyskiwaną z innych źródeł (w tym tradycyjnych). W zależności od tego jak kształtują się warunki pogodowe w ciągu roku -farma wiatrowa będzie, bądź też nie będzie ? konkurencyjna. Pomimo tego, iż w ciągu ostatnich lat koszty uruchomienia elektrowni wiatrowych znacząco spadły a sama sprawność turbin wzrosła, to inwestycje takie są jednak ciągle bardzo kosztowne ? szczególnie w porównaniu z inwestycjami w urządzenia produkujące energię bazującą na tradycyjnych źródłach energii;

• produkcja energii elektrycznej z wiatru, bazując na naturalnym, nie poddającym się kontroli zjawisku, powoduje problemy z synchronizacją pomiędzy wytwarzaniem energii elektrycznej a zapotrzebowaniem na nią;

• w praktyce najczęściej występuje sytuacja, iż najlepsze warunki do wznoszenia instalacji wiatrowych są oddalone od skupisk ludzkich ? co generuje dodatkowe koszty wynikające z konieczności transportu energii elektrycznej na duże odległości;

• chociaż produkcja energii elektrycznej z wiatru ma stosunkowo niewielki wpływ na środowisko, to jednak nie jest ona zupełnie dla niego neutralna. Do negatywnych zjawisk należy m.in.: hałas wytwarzany przez obracające się łopatki, zeszpecenie krajobrazu, częste przepadki kolizji ptaków z łopatkami wiatraków.
  
  
  

Historia produkcji energii z wiatru

Pierwsze odnotowane użycie energii wiatru przez człowieka miało miejsce ok. 5000 p.n.e na terenach położonych wzdłuż Nilu. Wiatr napędzał tam łodzie, którymi ludzie poruszali się po rzece. Od ok. 200 roku p.n.e. w Chinach pracowały proste urządzenia, które przy pomocy energii wiatru pompowały wodę, natomiast w Persji i na Bliskim Wschodzie używano wiatru do napędzania maszyn rozdrabniających ziarno. Do XI wieku naszej ery maszyny wiatrowe były szeroko wykorzystywane na Bliskim Wschodzie, głównie do produkcji żywności. Zastosowania te zostały zaobserwowane przez krzyżowców i kupców - a następnie przeniesione do Europy.
Rewolucja przemysłowa spowodowała stopniowe odchodzenie od wiatraków używanych do pompowania wody czy mielenia mąki oraz wypieranie ich przez silniki parowe a następnie przez energię elektryczną. Po jakimś czasie największe wiatraki przystosowano do produkcji energii elektrycznej. Pierwsze tego typu urządzenia pojawiły się w Danii w 1890 roku. W 1940 roku uruchomiono pierwszą turbinę o mocy 1,25 MW.
Popularność tego źródła energii pozostawała zawsze w ścisłej korelacji z cenami paliw kopalnych. Po drugiej wojnie światowej zainteresowanie turbinami wiatrowymi osłabło, a wróciło w latach 70 XX wieku, wraz z kryzysem paliwowym i gwałtownym skokiem cen ropy na rynkach światowych.

Energetyka wiatrowa w Polsce i Europie

Do krajów przodujących w wykorzystaniu energii wiatru należą Niemcy. Moc zainstalowanych tam urządzeń wynosiła na koniec 2001 roku 8.754 MW, co stanowiło 46% europejskiej oraz 34% światowej mocy turbin wiatrowych. W najbliższych latach przewidywany jest intensywny rozwój energetyki wiatrowej na morzu.
Światowa dynamika rozwojowa energetyki wiatrowej nie znalazła przełożenia na polski rynek energetyczny. Pomimo, iż Polska posiada znaczące zasoby energii wiatru, większość licznych projektów konstrukcyjnych, technologicznych oraz lokalizacyjnych nie wyszła poza wstępną fazę koncepcyjną. Szczególnie korzystne warunki klimatyczne w Polsce występują w województwach zachodniopomorskim i pomorskim, na południu kraju, a także w rejonie Suwałk.
Aktualnie w Polsce pracuje ok. 40 profesjonalnych siłowni wiatrowych sprzedających energię elektryczną do sieci. Trzy największe farmy wiatraczne to Zagórze, Cisowo i Barzowice o łącznej mocy ok. 60 MW.