Odnawialne źródła energii – energia kinetyczna wiatru

0
820

Ważnym źródłem energii odnawialnej jest energia wiatru. Wiatr, czyli ruch mas powietrza, wywołany jest nierównomiernym nagrzewaniem się powierzchni Ziemi pod wpływem promieniowania słonecznego, które przyczynia się do powstawania cyrkulacji lub ruchów atmosferycznych na dużą skalę. Około 2% promieniowania słonecznego osiągającego powierzchnię Ziemi ulega w sposób ciągły przemianie w energię wiatrów. W skali kuli ziemskiej wielkość mocy użytecznej wiatrów jest rzędu jednego miliona MW.

Energia tego ruchu wykorzystywana była przez człowieka już w starożytności. Jednakże dopiero współczesne badania pozwoliły na w miarę pełną charakterystykę tego źródła energii. Pierwsze silniki wiatrowe, zwane wiatrakami, pojawiły się w Europie około VII w. w Holandii. Wiatraki te były w swoim czasie wyrazem postępu – służyły człowiekowi do pompowania wody i mielenia ziarna. W późniejszym czasie napędzały również pierwsze maszyny w manufakturach. Dopiero rewolucja techniczna, wywołana wynalezieniem przez Jamesa Watta maszyny parowej w początkach XIX w. spowodowała szybki zmierzch epoki wiatraków.

Obecnie duże znaczenie dla zaopatrzenia w czystą energię mają siłownie wiatrowe, powszechnie budowane w ostatnim okresie w Europie Zachodniej. Ich dyspozycyjność na lądzie, w miejscach gdzie wieją wiatry, sięga 25%. Znaczy to, że użyteczna moc wiatru stanowi około ¼ mocy dotychczas instalowanej. Wahania pogody nie pozwalają jednak na planowanie znacznego udziału farm wietrznych w wytwarzaniu energii elektrycznej w skali globalnej. Chociaż istniałyby możliwości instalowania wymaganej mocy silników wiatrowych, to jednak nie mogą one stanowić źródła, które całkowicie likwidowałoby deficyt energii

elektrycznej. Silniki wiatrowe mogą wytwarzać energię elektryczną, gdy wiatr wieje z odpowiednią prędkością. Przy zbyt wysokiej prędkości produkcja staje się niemożliwa. Z kolei dla wyeliminowania zagrożenia wyłączenia prądu w czasie braku wiatru, budować trzeba równolegle drogie w eksploatacji siłownie gazowe, które muszą być gotowe do natychmiastowego uruchomienia. Dlatego energia wiatrowa jest 2-3 razy wyższa od cen energii z elektrowni węglowych. Drugim głównym problemem, hamującym wykorzystanie energii wiatru na możliwie szeroką skalę, jest niemożność magazynowania energii wytworzonej.

Do najważniejszych zalet tego źródła energii należą: możliwość wykorzystania energii w nieograniczonym czasie, możliwość decentralizacji poszczególnych siłowni, prowadząca w efekcie do zmniejszenia strat przesyłu, a także brak zanieczyszczeń środowiska. Do nielicznych wad należą natomiast: stosunkowo wysoki poziom hałasu podczas eksploatacji oraz możliwość zakłóceń odbioru fal ultrakrótkich w najbliższym otoczeniu siłowni. Rosnące rozmiary turbin powoduję coraz większą emisję hałasu, psują krajobraz i wymagają większych połaci lądu. Aby wykorzystanie energii wiatru było ekonomicznie uzasadnione, silniki

wiatrowe powinny być zlokalizowane w pobliżu brzegów morskich lub na morzu, ze względu na to, że prędkość wiatru na wybrzeżu jest na ogół dwukrotnie większa niż na lądzie. Rozwiązaniem jest więc budowa turbin na morzu. Rozwiązanie to jest już stosowane od lat, ale głównie na płytkich wodach przybrzeżnych, gdzie głębokość nie przekracza 50 m. Najnowsze badania wykazały, że alternatywą może być stawianie turbin na pływających platformach. Trójnożne pływające platformy wystarczą do posadowienia nawet pięciomegawatowej turbiny – największej jaką dotychczas wyprodukowano. Ilość energii wyprodukowanej przez taką turbinę wystarczyłaby do zasilenia małego miasta.

Łączna moc elektrowni wiatrowych na świecie przekroczyła 200000 MW. Szczególnie dużą dynamiką cechują się inwestycje w farmy wiatrowe na morzu. Od kilku lat coraz większym zainteresowaniem cieszą się też małe przydomowe turbiny, o mocy powyżej 10 KW. W najbliższej przyszłości należy oczekiwać budowy wielu farm wiatrowych na morzu, a także przydomowych turbin wiatrowych, o mocy 10-20 kW, współpracujących z ogniwami fotowoltaicznymi oraz z pompami ciepła. Łączna moc ferm wiatrowych w Polsce przekracza obecnie 2000 MW. Szacuje się, że w 2020 r. moc ta powinna osiągnąć 5000-7000 MW, co zaspokoi najwyżej 6-8% zapotrzebowania energetycznego Polski. Najwięcej siłowni wiatrowych wybudowano w strefie nadmorskiej.

Energia wiatru w niewielkim tylko stopniu może pokryć globalne zapotrzebowanie świata na energię, przy czym optymalne warunki do jej wykorzystania istnieją na stosunkowo małych, słabo zaludnionych obszarach. Mimo to jest jednym z najbardziej perspektywicznych odnawialnych źródeł energii. Energia kinetyczna wiatru, aby stanowiła tanie źródło energii, powinna być zintegrowana z produkcją wodoru przez elektrolizę wody, pozwalającą na jej magazynowanie, równocześnie eliminując zależność korzystania z energii od wahań pogody. Powinna też tworzyć spójność z polimerowymi ogniwami paliwowymi, których jednostkowe koszty inwestycyjne są stokrotnie mniejsze w porównaniu z kosztami inwestycyjnymi elektrowni zasilanych paliwami kopalnianymi.

1. Ciechanowicz W., Szczukowski S., Energia wiatrów w integracji z ogniwami paliwowymi. „Aura” 2008 nr 8, s. 8-10.
2. Gardzilewicz A., Perspektywy rozwoju polskiej energetyki. „Aura” 2011 nr 11, s. 4-6.
3. Miszczak M., Waszkiewicz Cz., Energia Słońca, wiatru i inne. Warszawa 1988.
4. Nowicki M., Dylematy polskiej energetyki XXI wieku. „Aura” 2012 nr 7, s. 4-6.
5. Nowicki M., Dylematy polskiej energetyki XXI wieku. „Aura” 2013 nr 1, s. 20-21.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here