Poniższy artykuł opracowano w oparciu o stan prawny obowiązujący w momencie powstania tego artykułu.
Redakcja nie gwarantuje aktualności tekstu w okresie późniejszym, jak również nie ponosi odpowiedzialności za ew. stosowanie się do zawartych w nim zaleceń.

Wykorzystanie energii wiatrowej w Polsce

Ochrona środowiska naturalnego wymaga ograniczania emisji gazów cieplarnianych, a co niebagatelne - stopniowe kurczenie się zasobów surowców energetycznych sprawia, że w coraz szerszym zakresie wykorzystujemy źródła energii odnawialnej. Energia wiatru to jedno z najczęściej wykorzystywanych źródeł czystej, ekologicznej energii, która powszechnie postrzegana jest jako niewyczerpalna i darmowa.

Aby pozyskać tę darmową energię konieczne jest poniesienie wysokich nakładów inwestycyjnych i pokonanie licznych uwarunkowań zarówno o charakterze środowiskowym, jak też technicznym. Jeśli chodzi o warunki technologiczne to podstawowy polega na określeniu prędkości wiatru na wytypowanym obszarze i dostosowaniu odpowiednich turbin, generatorów, układów sterowania itp. Należy pamiętać także o negatywnym oddziaływaniu elektrowni wiatrowych na środowisko, zwłaszcza na najbliższe otoczenie.
Wieloletnie badania specjalistów - meteorologów wskazują, że na obszarze Polski występuje duże zróżnicowanie intensywności wiatru, a w oparciu o mapy meteorologiczne można wyznaczyć tereny korzystne dla instalowania turbin. Tereny te to głównie pas nadmorski, Suwalszczyzna, Kujawy, środkowe Mazowsze i niektóre tereny podgórskie. Duże możliwości zapewnić by mogła energetyka wiatrowa zlokalizowana na Bałtyku, ale inwestycje byłyby bardzo kosztowne, więc w najbliższych latach są mało realne.

Wśród negatywnych oddziaływań instalacji energetyki wiatrowej na środowisko najczęściej wymienia się:

  • deformacje naturalnego krajobrazu,
  • zagrożenie dla ptaków wędrownych,
  • hałas wywoływany przez łopaty turbin,
  • wytwarzanie infradźwięków szkodliwych dla zdrowia (sprawa jest dyskusyjna),
  • niestabilność wytwarzania energii w dłuższym przedziale czasu.

 

Wszystkie wymienione wyżej negatywne skutki funkcjonowania turbin wiatrowych powodują spadek wartości gruntów w zasięgu ich działania, co nie pozostaje bez wpływu na decyzje lokalizacyjne. Aby więc racjonalnie ustosunkować się do problemu, a przede wszystkim rozwoju energetyki wiatrowej - konieczne jest rozróżnienie jej skali. Inne, bardziej swobodne są warunki w odniesieniu do pojedynczych instalacji lub kilku turbin budowanych na potrzeby własne gospodarstw (tzw. mała energetyka wiatrowa - MEW), a inne (znacznie bardziej rygorystyczne) dla budowy farm wiatrowych złożonych z kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu turbin.

Energia elektryczna pozyskiwana z wiatru może być wykorzystywana w autonomicznych instalacjach zasilających jeden obiekt lub w dużych farmach wiatrowych współpracujących z krajową lub lokalną siecią energetyczną. W pierwszym przypadku znajdują zastosowanie małe turbiny o mocach najczęściej do 50 KW, których instalowanie wymaga jedynie pozwolenia na budowę. Przy komercyjnym użytkowaniu konieczne jest poza pozwoleniem na budowę, uzyskanie koncesji na sprzedaż energii, spełnienie warunków przyłączeniowych określonych przez operatora sieci, a także szeregu innych wymagań formalno-prawnych, w tym pozytywnej opinii organów ochrony środowiska naturalnego.

Jako kryterium efektywności pozyskiwania energii wiatrowej przyjmuje się zazwyczaj wartość od 1200 kWh i więcej, otrzymywanych z 1 m2 powierzchni skrzydeł wiatraka w ciągu roku dla wieży o wysokości 30 m.

 

Kilka słów o elementach elektrowni wiatrowej.
Wieża to konstrukcja najczęściej stalowa w formie stożkowej rury, montowana na miejscu z elementów prefabrykowanych. Bywają także wieże kratownicowe z odciągiem lub inne konstrukcje. Na wieży montowana jest konsola obrotowa, która umożliwia ustawienie łopat wiatraka w kierunku wiatru. Turbiny zwykle stosowane wyposażone są w 3 łopaty wykonane z kompozytu z włókna szklanego o zróżnicowanych średnicach „omiatania”. W dużych instalacjach średnica ta może przekraczać nawet 100 m. Łopaty są odpowiednio profilowane, co warunkuje efektywność pozyskiwania energii. W dużych siłowniach prędkość obrotowa waha się w granicach 10-30 obrotów na minutę, w małych może sięgać 200 obrotów/min. Optymalna prędkość wiatru pozwalająca na pozyskanie pełnej mocy turbin określana jest przez specjalistów na 15-20 m/sek. Generatory są dostosowywane do mocy elektrowni. Małe, pojedyncze instalacje nie wymagają układów sterowania; w dużych, profesjonalnych siłowniach są to skomplikowane urządzenia na bazie mikroprocesorów, zarządzające położeniem łopat w kierunku wiatru, regulujące ilość obrotów turbiny itp.

Podstawowymi badaniami poprzedzającymi budowę farmy wiatrowej jest określenie „wietrzności” i róży wiatrów, bowiem od tego zależy skuteczność działania siłowni i dobór turbin. Brane jest także pod uwagę ukształtowanie terenu, ewentualne zadrzewienie, obecność i rodzaj zabudowy w okolicy planowanej farmy itp. oraz możliwość i uwarunkowania przyłączenia pozyskiwanej energii do sieci elektroenergetycznej. Elektrownie wiatrowe (łopaty) ruszają już przy wietrze o prędkości 3-4 m/sek. a muszą być zatrzymywane, gdy wiatr wieje z prędkością 25 m/sek. i więcej. Duże farmy wiatrowe budowane są z dala od aglomeracji miejskich, a minimalna odległość pojedynczego wiatraka od gospodarstwa musi wynosić 500 m.
Procedury poprzedzające powstawanie komercyjnej farmy wiatrowej są długie (ponad rok), głównie dla uzyskania pozytywnej opinii środowiskowej.
 

Przedstawione wyżej uwarunkowania techniczne, organizacyjne i środowiskowe sprawiają trudności oceny kosztów budowy profesjonalnej elektrowni wiatrowej. Według ekspertów przeciętny koszt szacować można na 4-6 tys. zł dla 1 kW mocy nominalnej. Do tego trzeba doliczyć koszt dzierżawy gruntów, a nawet wyłączenia gruntów pod budowę instalacji oraz koszt przyłączy do sieci energetycznej. Niezmiernie istotne jest też obciążenie elektrowni ryzykiem z tytułu nieprzewidywalności warunków wiatrowych w dłuższym okresie. Są okresy kiedy wytwarzany jest nadmiar energii przekraczający aktualne zapotrzebowanie, co zmusza producenta do jej magazynowania. Bywa też, że niekorzystne warunki wiatrowe oznaczają całkowity przestój instalacji i brak dostaw dla odbiorców.

Pomimo wszelkich wątpliwości, co do opłacalności energii wiatrowej, budowa farm wiatrowych niezależnie od pojedynczych instalacji zasilających w energię indywidualne obiekty jest koniecznością. Komisja Europejska narzuciła Polsce obowiązek zapewnienia do 2020 r. 15% generowanej energii ze źródeł odnawialnych. W naszym klimacie zadanie to będzie musiało być wykonane w dużym stopniu dzięki energetyce wiatrowej.
O nieuchronności pozyskiwania energii wiatrowej świadczą doświadczenia i osiągnięcia takich krajów jak Niemcy, gdzie całkowita moc ponad 250 turbin wiatrowych w końcu 2010 r. zbliżała się do 400 MW. Intensywny rozwój energetyki wiatrowej sygnalizowany jest także w Skandynawii, Wielkiej Brytanii, Hiszpanii, we Włoszech i we Francji, głównie u wybrzeży morskich. Przewiduje się znaczny wzrost liczby farm morskich, pomimo szczególnie trudnych warunków ich eksploatacji i wysokich kosztów inwestycyjnych. W wielkich farmach morskich instalowane będą urządzenia o średnicy rotoru powyżej 160 m i mocy znamionowej 7 MW.

O skali rozwoju energetyki wiatrowej świadczą dane Europejskiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej. W 2010 r. w Unii Europejskiej zainstalowano urządzenia o łącznej mocy turbin ponad 9 tys. MW, co pochłonęło nakłady rzędu 13 mld euro. Z ogólnej mocy zainstalowanej w UE do 2010 r. na energetykę wiatrową przypadało 9,6%.

Tyle w Europie, a jak przedstawia się sektor energetyki wiatrowej w Polsce?

Jak podają dane statystyczne, udział alternatywnych źródeł energii w finalnym zużyciu w naszym kraju jest nadzwyczaj skromny. Przodują Niemcy, gdzie w 2008 r. energia wiatrowa stanowiła 44%, a energia wodna 22,7% łącznej energii ze źródeł odnawialnych. Na tym tle nasz kraj prezentuje się słabo. Procentowo energia wodna stanowi 33,4%, a wiatrowa 13% (energii odnawialnej), ale w liczbach bezwzględnych są to wielkości znikome. Profesjonalna energetyka wiatrowa w Polsce ma krótką historię. Aktualna łączna moc zainstalowanych turbin wyniosła na przełomie 2010/2011 (wg danych Urzędu Regulacji Energetyki) nieco ponad 1100 MW. Pierwsza, uznawana za dużą, farma została wybudowana w Tymieniu w 2006 r. w pow. koszalińskim. Dalsze obiekty to: położona w regionie Warmii i Mazur elektrownia w Pieckach o mocy zainstalowanej 32 MW (16 turbin o mocy 2 MW każda), farma w Tychowie (15 turbin o mocy 2,3 MW każda), farma Karnice w woj. zachodnio-pomorskim (13 turbin po 2,3 MW). W październiku 2009 r. został uruchomiony park wiatrowy Suwałki, w którym zainstalowano 18 turbin o mocy po 2,3 MW. Zwracają tam uwagę potężne wieże o wysokości 150 m. Kolejny już rozpoczęty obiekt to farma w Kobylnicy wyposażona w 18 turbin o mocy 2,3 MW każda. Zakończenie budowy i oddanie do eksploatacji tej farmy nastąpi na przełomie 2011/2012 roku.
Według Krajowego Planu Działań, moc zainstalowana energetyki wiatrowej w 2020 r. osiągnąć ma w Polsce około 6 tys. MW, co oznacza roczne przyrosty mocy rzędu 500 MW.
 

Mała Energetyka Wiatrowa (MEW) została w Polsce wyodrębniona jako osobna kategoria w końcu 2010 r. w ramach Krajowego Planu Działań w zakresie energetyki ze źródeł odnawialnych. Grupuje ona pojedyncze instalacje przeznaczone do zasilania w energię indywidualnych obiektów (gospodarstw). Program rozwoju MEW przewiduje wybudowanie w Polsce do 2010 r. urządzeń o łącznej mocy 550 MW. Przyjęto, że średnia liczba godzin pracy docelowo wyniesie około 1000 godzin rocznie. Na początku 2011 r. łączna moc turbin MEW sięgała zaledwie 7 MW, przy czym większość instalacji nie przekraczała 10 kW.

Wyodrębnienie osobnej kategorii MEW miało znaczenie praktyczne. Inicjatywa ta ma zapobiec traktowaniu małych instalacji na równi z dużymi profesjonalnymi farmami i tym samym uprościć procedury uruchamiania małych turbin wiatrowych na potrzeby własne inwestorów.
MEW definiuje się różnymi wielkościami, ale zwyczajowo są to instalacje, w których wieża nie przekracza wysokości 30 m, a powierzchnia omiatania łopat wirnika wynosi poniżej 200 m2 . Instalacja taka według opinii fachowców tej branży nie powinna wymagać uzyskiwania przez inwestora decyzji środowiskowej, która bardzo wydłuża czas rozpoczęcia budowy.

Rozwój MEW hamowany jest relatywnie wysokim kosztem inwestycyjnym, co sprawia, że okres zwrotu kosztów instalacji sięga 25 lat, to jest w praktyce - żywotności urządzenia. Bardziej opłacalny byłby wariant podłączenia małej turbiny do sieci i sprzedaż energii, ale jest to rozwiązanie jedynie teoretyczne ze względu na skomplikowane procedury. Bodźcem dla podejmowania budowy małych turbin wiatrowych na potrzeby własne jest stale zwiększająca się cena energii konwencjonalnej, czego przykładem jest wzrost kosztu zużycia energii w gospodarce rolnej o około 40% w stosunku do roku 2004.

Oferty producentów urządzeń obejmują dostawy turbin przystosowanych do lokalnych warunków, głównie do panującej siły wiatru. Z tych względów kryterium wyboru dostawcy powinna być wydajność energetyczna turbin dostosowanych do warunków niskiej wietrzności określanej na 3-5 m/sek.
 

 

X X X



Jak powyżej wspomniałem wymagania dotyczące wykorzystywania energii odnawialnej w Polsce wymuszają rozwój energetyki wiatrowej. Wynika to nie tylko z wymogu ograniczania emisji gazów cieplarnianych, ale także z postępującego wyczerpywania się surowców kopalnych, przy równoczesnym wzroście kosztów ich pozyskiwania, co musi wpływać na stale rosnący koszt energii.

Skromne zasoby wodne i wysoki koszt inwestycji elektrowni wodnych ograniczają skalę przyrostu energii z tego źródła. Także biomasa jako surowiec energetyczny nie wydaje się rozwiązaniem przyszłościowym na dużą skalę. Istotną trudność rozwoju tej metody stanowi pozyskiwanie odpowiedniej biomasy, ewentualne jej konfekcjonowanie dla celów transportowych i zagrożenie samozapłonem pyłu w instalacji kotłowej przy spalaniu.
Energia słoneczna może być (i jest) w coraz większym stopniu wykorzystana do podgrzewania wody użytkowej, natomiast mało efektywne jest pozyskiwanie energii słonecznej przy pomocy ogniw fotowoltaicznych, co wynika z wysokich kosztów inwestycyjnych.
Marginalnie wykorzystuje się w energetyce alternatywnej energię geotermalną do ogrzewania i chłodzenia obiektów. Jest to bez wątpienia kierunek przyszłościowy. Dzięki zastosowaniu sond w połączeniu z pompami cieplnymi można relatywnie tanio i bez kolizji ze środowiskiem naturalnym pozyskiwać ciepło ziemi. Sondy zakopuje się w zasadzie w dowolnym miejscu obok obiektu na głębokości około 5 m, przy prostym sposobie wiercenia otworów i łatwym montażu. Jedynym warunkiem jest przebadanie gruntu w celu ominięcia skał i kamieni, a w przypadku silnego napływu wody gruntowej - zastosowanie rur osłonowych.