Energia wiatrowa

OZE PODR > Rodzaje OZE > Energia wiatrowa


Energia wiatrowa

Wiatr to jedno z dwóch najczęściej wykorzystywanych odnawialnych źródeł energii. W 2019 roku udział OZE w światowej produkcji energii przekroczył 33%, a w tym procencie znaczną część stanowią elektrownie wiatrowe. W tego typu rozwiązaniach przodują Chiny i Stany Zjednoczone.
Jeśli chodzi o Polskę, energia z wiatru jest zdecydowanym liderem, jeśli chodzi
o zainstalowane moce – aż 65% wszystkich instalacji OZE to te wykorzystujące wiatr. Drugie najpopularniejsze źródło to energia biomasy i biogazu z 19% udziałem
w zainstalowanych mocach.
W Polsce opłacalnymi dla produkcji energii z wiatru terenami są Pomorze i Suwalszczyzna – to tam wiatr wieje najmocniej. Na pozostałych terenach wiatru jest słabsza, co może pociągać za sobą mniejszą efektywność instalacji.


Działanie elektrowni wiatrowej

Wiatr to zjawisko pogodowe polegające na ruchu powietrza, który powstaje za sprawą zmian temperatury, różnicy ciśnień czy specyfiki ukształtowania terenu. Siła wiatru wykorzystywana jest przez tzw. turbiny wiatrowe do produkcji prądu.
Są dwa główne rodzaje turbin: 
HAWT – z poziomą osią obrotu oraz
VAWT – z pionową osią obrotu.
HAWT mają często wygląd tradycyjnego wiatraka, są bardzo wydajne przy dużych prędkościach wiatru i znacznie tańsze niż turbina o pionowej osi obrotu. VAWT to urządzenia o nieco futurystycznych kształtach, umożliwiających turbinie uniezależnienie pracy od zmian kierunku wiatru. Zwykle lepiej wykorzystują siłę podmuchów, ale muszą mieć wyjątkową wytrzymałość, by opierać się działającym siłom. Z tego też powodu są znacznie droższe niż turbiny HAWT. Każda z nich, niezależnie od rodzaju, składa się z tych samych elementów głównych. Są to: wieża, gondola z generatorem i wirnik z łopatami.


Powstawanie prądu w turbinie wiatrowej

Podmuch wiatru powoduje ruch obrotowy łopat wirnika w wyniku czego energia kinetyczna wiatru przekształcana jest w energię mechaniczną. Następnie jest ona przekazywana do generatora, który zamienia energię mechaniczną w elektryczną. Od jego wielkości zależy, ile energii wiatru przekształci się w energię elektryczną. Turbina wiatrowa podłączona jest do sieci energetycznej (lub akumulatora), gdzie przekazywana jest wyprodukowana energia.
Każda turbina ma określoną moc wiatru, w granicach której może działać i generować prąd. W tym kontekście szczególnie istotne są pojęcia „prędkości startowej” i „bezpiecznej prędkości”. Pierwsze z nich odnosi się do tego, przy jakiej minimalnej prędkości wiatru turbina zacznie produkować energię. Drugie pojęcie zwraca uwagę na maksymalną prędkość wiatru, przy której wirnik nie ulegnie uszkodzeniu. Czasami wiatr jest zbyt silny, aby turbina mogła efektywnie i bez ryzyka uszkodzeń działać. Wtedy ważna okazuje się rola hamulca zatrzymującego pracę turbiny, który umieszczony jest obok generatora w gondoli. Automatycznie wyłącza on turbinę w czasie wyjątkowo intensywnych porywów wiatru. Zabezpiecza to wiatrak przed zniszczeniem.
Kolejnym istotnym pojęciem określającym charakterystykę instalacji jest „moc szczytowa turbiny”, czyli maksymalna moc osiągana w idealnych warunkach (które opierają się m.in. na optymalnej sile i kierunku wiatru). Bardziej praktycznym wskaźnikiem jest „moc znamionowa”, która pokazuje moc, jaką wygeneruje turbina przy określonej prędkości wiatru.
 

Zalety elektrowni wiatrowej

Jest to odnawialne i niewyczerpywalne źródło energii, które nie produkuje zanieczyszczeń czy odpadów poprodukcyjnych. Zamieniając wiatr na „zieloną” energię przyczynia się do redukcji emisji CO² do atmosfery. Elektrownie wiatrowe, pomimo że wymagają rozległych terenów i wietrznych warunków, można budować na „trudnych” gruntach i obszarach – przykładem jest woda.
Farmy wiatrowe „off-shore” funkcjonują w wielu rejonach świata, a ocena ich wpływu na środowi­sko jest znacznie łagodniejsza od budowanych na lądzie.
Turbiny wiatrowe umiejscowione na morzu osiągają znacznie większą efektywność niż te na lądzie. Wiatraki umieszcza się również  na dachach budynków. Instaluje się tam najczęściej pionowe turbiny wiatrowe (VAWT), które wymagają do działania znacznie mniej miejsca niż ich poziome odpowiedniki. Indywidualne założenie własnej elektrowni wiatrowej to przede wszystkim możliwość zyskania niezależności energetycznej, nieprzejmowanie się podwyżkami cen prądu oraz korzystanie z osobistego darmowego źródła energii.
W przypadku firm to szansa wpłynięcia na pozytywny wizerunek marki czy biznesu. Ekologiczne działania mają coraz większe znaczenie.


Wady elektrowni wiatrowej

Energia z wiatru ma jednak również minusy. Wadą elektrowni wiatrowych jest głównie koszt ich budowy – w zależności od wielkości instalacji, to kwoty liczone zwykle w dziesiątkach lub setkach tysięcy złotych. Niestety nie każdy będzie mógł sobie na nią pozwolić.

Natomiast dla większych firm i przedsiębiorstw problemem jest konieczność znalezienia odpowiedniego terenu – wystarczająco rozległego, ale także wietrznego. Niestety nie wszędzie i nie na każdej działce instalacja będzie miała sens. Wiatrak umieszczony na gruncie może powodować obniżenie wartości terenu oraz ma wpływ na pewnego rodzaju degradację krajobrazu. Należy pamiętać, że elektrowni nie buduje się na terenach chronionych czy szczególnie cennych przyrodniczo. Wiatraki są również niebezpieczne dla ptaków. Wymuszają zmiany tras przelotów, powodują utratę lęgowisk, a same łopaty turbin stanowią śmiertelne zagrożenie. Ten negatywny wpływ można jednak zminimalizować poprzez przeprowadzanie przed inwestycją oceny oddziaływania na środowisko.

Często także elektrownie wiatrowe umiejscowione w pobliżu terenów zamieszkałych przez ludzi mają wpływ na samopoczucie okolicznych mieszkańców – emitują hałas, szum i efekt stroboskopowy. Tego typu problemy dotykają osoby mieszkające bardzo blisko wiatraków (mniej niż 2-4 km).  W związku z tym producenci turbin wiatrowych są zobowiązani spełniać określone w przepisach Ministerstwa Środowiska normy dotyczące poziomu emisji hałasu.