Pogłębiające się niedobory energii elektrycznej, powodowane między innymi przez jej rosnące zużycie czy też malejące zasoby naturalne, przede wszystkim ropy i węgla, oznaczają konieczność poszukiwania alternatywnych, najlepiej ekologicznych i w pełni odnawialnych źródeł energii. Są to przyszłościowe, lecz niezbędne do wprowadzenia rozwiązania, także w naszym kraju, a jednym z coraz powszechniej stosowanych jest energetyka wiatrowa. Do zamiany energii kinetycznej wiatru w tak potrzebną energię elektryczną służą turbiny wiatrowe, nazywane także elektrowniami wiatrowymi, mające, jak każde rozwiązanie, swoje zalety i wady, które warto poznać.

Energetyka wiatrowa – czy jest opłacalna?

Każdy z pewnością widział majestatycznie poruszające się, olbrzymie skrzydła turbin wiatrowych, lecz mało kto zastanawiał się, na jakiej zasadzie działają. Turbiny wiatrowe, stawiane zazwyczaj w większej ilości na określonym terenie i połączone w wysoce wydajną elektrownię wiatrową, produkują energię elektryczną wykorzystując jedną z pierwotnych sił natury, wiejący wiatr.

Można śmiało zaryzykować stwierdzenie, że w naszej strefie klimatycznej, na niektórych obszarach, wieje przez większość roku, dlatego ten sposób rozwiązania kryzysu energetycznego jest uważany za jeden z najbardziej ekonomicznych. Odpowiednio wydajna turbina wiatrowa o mocy 2 MW może, oczywiście w sprzyjających warunkach pogodowych, wyprodukować blisko 4 GWh prądu przez cały rok, w zupełności wystarczającego dla zasilenia wielu gospodarstw domowych.

Turbiny wiatrowe – na jakiej zasadzie działają?

Opłacalności energii pochodzącej z siły wiatru nie da się nic zarzucić, lecz do jej pozyskania są nam potrzebne elektrownie wiatrowe, których najważniejszą częścią są właśnie turbiny wiatrowe. Ich zasada działania jest stosunkowo prosta, polega na zamianie energii kinetycznej wiejącego wiatru w prąd elektryczny. Obracające się łopaty wirnika, zazwyczaj z prędkością 15-20 obrotów na minutę, przenoszą energię kinetyczną poprzez wał turbiny i układ przekładni zwiększającej prędkość obrotową wału do generatora, gdzie zamieniana jest w energię elektryczną. Następnie przesyła się ją bezpośrednio do sieci energetycznej, może też być magazynowana w akumulatorach, lecz to nieco rzadziej stosowane rozwiązanie.

Turbiny wiatrowe – budowa i rodzaje

Zasada działania turbin wiatrowych jest już nam znana, nadszedł więc czas poznać ich budowę. Typowa turbina składa się z kilku podstawowych elementów:

• mocnego, betonowego, zbrojonego fundamentu, wpuszczonego głęboko w ziemię w celu zapewnienia właściwej stabilności całej konstrukcji turbiny;
• wysokiej na 40-50 metrów wieży, betonowej lub stalowej, o wzmacnianej konstrukcji odpornej na siłę naporu wiatru, na której szczycie mocuje się obrotową gondolę i łopaty wirnika, a wewnątrz wieży znajdują się prowadzące do nich schodki serwisowe;
• gondoli, wewnątrz której umieszczono urządzenia zamieniające energię kinetyczną wiatru w energię, takie jak generator wytwarzający prąd, przekładnie, układ kierunkowy, hamulcowy i smarowania łopat turbiny, niezbędne okablowanie i inny potrzebny osprzęt elektryczny;
• wirnika, przeważnie złożonego z trzech łopat, rzadziej dwóch lub jednej oraz piasty, zamocowanego do wału głównego umieszczonego w gondoli.

Istnieje kilka kryteriów podziału turbin wiatrowych, jednym z najczęściej stosowanych jest uwzględnienie generowanej przez nie mocy i w takim przypadku podział wygląda następująco:

• przemysłowe elektrownie wiatrowe, mające moc powyżej 1 MW, znajdujące zastosowanie w tzw. energetyce zawodowej, komercyjnej produkcji prądu. Stanowią je zazwyczaj większe farmy wiatrowe, duża ilość turbin postawionych na rozległym obszarze, zgodnie z obowiązującymi w tej kwestii przepisami i połączonych podziemnymi przewodami w jedną całość;
• duże elektrownie wiatrowe, mające moc od 100 kW do 2 MW, wykorzystywane przede wszystkim do produkcji prądu dla gospodarstw domowych, a ewentualne nadwyżki energii można sprzedać firmom wytwarzającym prąd dla sieci elektroenergetycznych;
• małe elektrownie wiatrowe, których maksymalna uzyskiwana moc mieści się w przedziale od 100 W do 50 kW, znajdujące zastosowanie do zaopatrywania w energię elektryczną jednego gospodarstwa domowego lub równie niewielkiej firmy;
• mikroelektrownie wiatrowe, czyli tzw. mikroturbiny, o generowanej mocy poniżej 100 W, używane do zasilania wielu niewielkich urządzeń, przede wszystkim stanowiących część infrastruktury drogowej, która z różnych przyczyn nie może być zasilana w inny sposób. Stosuje się je też do oświetlania podwórek, czy wolnostojących magazynów.

Generowana moc nie jest jednak jedynym kryterium podziału używanych turbin wiatrowych, równie istotne jest ich zróżnicowanie ze względu na typ silnika, który może być o pionowej lub poziomej osi obrotu i w takim przypadku rozróżniamy:

Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu

Nazywane z języka angielskiego VAWT (Vertical Axis Wind Turbines), stosunkowo rzadko stosowane, stanowiące tylko około 5% turbin znajdujących się w użyciu, chociaż najlepiej sprawdzają się np. w miastach. Ich cechą charakterystyczną są specyficznie ułożone łopaty wirnika, robione przeważnie z aluminium, mocowane na pionowym, a nie poziomym wale i wygięte wzdłuż jego osi.

Największą zaletą takiej konstrukcji jest możliwość wychwytywania podmuchów wiatru wiejących z każdego kierunku, wadą z kolei konieczność wstępnego rozpędzania, ponieważ najczęściej używane turbiny pionowe Darrieus’a mają zerowy moment startowy. Tej wady są z kolei pozbawione turbiny wiatrowe Savoniusa, także pracujące niezależnie od kierunku i siły wiatru, dodatkowo o najniższym współczynniku emitowanego hałasu, nawet przy maksymalnej prędkości pracy. Proste jest również sterowanie nimi oraz możliwości montowania nawet na budynkach mieszkalnych.

Turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu

Zdecydowanie najczęściej spotykane, oznaczane skrótem HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine), przede wszystkim bardziej wydajne od modeli pionowych. Cechuje je duża średnica łopat wirnika, sięgająca niekiedy nawet 20-30 metrów, na naszym kontynencie dominują modele o trzech łopatach, wersje z dwiema łopatami są rzadziej stosowane, chociaż przeważają z kolei w Ameryce Północnej, a w Europie możemy je zobaczyć jedynie w Holandii.

Rozróżniamy również modele ze względu na położenie samego wirnika, na nawietrznej, up-wind, czyli z łopatami umieszczonymi przed masztem, co do kierunku wiatru, albo down-wind, z łopatami za masztem, czyli po zawietrznej. Praktyczniejsze jest pierwsze rozwiązanie, sprawdzające się zwłaszcza przy dużych turbinach wiatrowych, równomiernie rozkładające siły obciążające silnik, a ponieważ mogłyby ulec uszkodzeniu w wyniku działania zbyt silnego wiatru, dodatkowo montuje się w nich ograniczniki prędkości obrotowej łopat turbiny.

Turbiny wiatrowe – dlaczego warto w nie inwestować

Powiedzmy sobie szczerze, że w dobie coraz większych braków paliw kopalnych i konieczności szukania ich ekologicznej alternatywy, warto rozważyć zastosowanie właśnie wydajnych i prawie bezobsługowych turbin wiatrowych. Energetyka czerpiąca z siły wiatru ma przed sobą przyszłość, a najważniejsze jej zalety, wskazywane przez specjalistów w tej dziedzinie, to:

• korzystanie z najtańszego, praktycznie niewyczerpalnego i w stu procentach odnawialnego źródła energii;
• konieczność poniesienia tylko kosztów zbudowania turbiny i jej regularnej konserwacji, która nie wymaga już aż tak dużych nakładów finansowych;
• brak zanieczyszczenia powietrza, turbiny nie wydzielają podczas pracy żadnych substancji toksycznych, nie generują również niebezpiecznych odpadów poprodukcyjnych, takich jak elektrownie węglowe czy jądrowe;
• możliwość budowy prawie w dowolnym terenie, gdzie postawienie tradycyjnej elektrowni byłoby co najmniej utrudnione lub często wręcz niemożliwe;
• przydatność dla wielu branż i podmiotów, spółdzielni i wspólnot mieszkaniowych, gospodarstw rolnych, firm produkcyjnych o dużym zużyciu energii, samorządów wiejskich i miejskich;
• niepowodowanie, wbrew powszechnie panującym błędnym opiniom, prawie żadnych niekorzystnych zmian w środowisku naturalnym, turbiny nie stanowią również zagrożenia dla zdrowia ludzi i zwierząt.

Jeśli turbiny mają uzyskać pełną wydajność, muszą zostać prawidłowo zamontowane, co dotyczy również ich osprzętu, generatorów produkujących prąd itp. Warto w takim przypadku skorzystać z pomocy fachowców z Marpol Elektro, specjalistów o wysokich kwalifikacjach zawodowych. Marpol cały czas poszukuje takich profesjonalistów, oferując im korzystne warunki pracy i pomoc przy wdrożeniu do nowych obowiązków. Dzięki temu będą mogli jeszcze bardziej podnieść swoje umiejętności zawodowe i zyskać całkiem nowe, a informacje na ten temat uzyskamy na stronie marpolelektro.pl.

Artykuł Partnera

---