Elektrownie wiatrowe małej mocy

Rozwój i wzrost popularności małych turbin wiatrowych każe zwrócić uwagę na ten alternatywny sposób pozyskiwania energii elektrycznej. To właśnie małe turbiny posiadają zalety, dzięki którym zyskują jeszcze bardziej na atrakcyjności w stosunku do turbin z ogromnych farm wiatrowych. Przede wszystkim mniejsze instalacje mogą być eksploatowane na terenie całego kraju z uwagi na to, że są w stanie pracować już przy wietrze wiejącym 2 m/s. Są one przy tym odporne na duże wiatry i gwałtowne podmuchy, a nawet burze piaskowe. W dodatku ich instalacja jest stosunkowo łatwa, w porównaniu z dużymi turbinami wiatrowymi. Poza tym takie małe turbiny nie psują krajobrazu, a ich negatywne oddziaływanie na środowisko jest minimalne.

Budowa turbiny, zasada działania

Siłownie wiatrowe z reguły posiadają wirnik trójpłatowy, rzadziej dwupłatowy lub jednopłatowy, o poziomej osi, ustawiony na wiatr i zamocowany w gondoli stalowej lub z tworzywa sztucznego. Średnica wirnika dla typowej siłowni wiatrowej o mocy 600 kW może wahać się w granicach 43-48 m. Minimalna wysokość wieży rurowej lub w postaci stalowej kratownicy, na której mocowana jest gondola, wynosi 40 m. Spotykane są i wyższe wieże, o wysokości do nawet 98 m. Najnowsze rozwiązania to turbiny z dyfuzorem i turbiny bezprzekładniowe. Przykładem turbiny z dyfuzorem może być konstrukcja firmy Maxi Vortec o mocy 3,5 MW. Turbiny bezprzekładniowe charakteryzują się natomiast cichszą pracą i większą sprawnością niż turbiny przekładniowe.

Małe turbiny

Wśród występujących na rynku różnych modeli małych turbin wiatrowych, można wyróżnić m.in. turbiny z dyfuzorem, różne modyfikacje turbin Darrieusa i Savoniusa oraz turbiny pierścieniowe. Pierwszy z wymienionych typów wykorzystuje dyfuzor w kształcie zwężającej się w środku rury. W teorii można tu znacznie zwiększyć sprawność przetwarzania energii wiatrowej na zwykłą energię elektryczną, a jednocześnie obniżyć granicę minimalnej szybkości wiatru, od której stosowanie turbiny robi się opłacalne. Da się to osiągnąć dzięki zwiększeniu wartości współczynnika wykorzystania energii wiatrowej, który stanowi stosunek energii odzyskanej w wiatraku do energii kinetycznej wiatru. Do produkcji dyfuzorów można wykorzystać materiały kompozytowe o dużej wytrzymałości mechanicznej, korozyjnej i o małym ciężarze (np. laminat z włókna szklanego lub węglowego i żywica epoksydowa). Funkcję dyfuzora do turbiny o osi pionowej może spełniać odstęp między budynkami, a dla turbin o osi poziomej przelotowy otwór lub kanał w budynku czy ścianie. W tym przypadku wykorzystuje się efekt spiętrzania i koncentracji energii wiatru, prowadzący do wzrostu różnicy ciśnień od strony nawietrznej i zawietrznej. Turbiny wiatrowe z dyfuzorami, dzięki wyższemu współczynnikowi wykorzystania wiatru, mogą pracować już od prędkości wiatru wynoszącej 2 m/s. Dodatkowo opłacalność ich stosowania może być osiągnięta przy niższych wieżach lub przy mniejszych średnicach wirnika, co ma wpływ na obniżenie nakładów inwestycyjnych.

Pierwszą ciekawą modyfikacją turbiny Darrieusa jest turbina TURBY. Została opracowana przez holenderskich specjalistów z przeznaczeniem do pracy na dachu budynku. Ukośne ustawienie łopat umożliwia w jej przypadku wykorzystanie energii wiatru wiejącego zarówno poziomo jak i pod różnymi kątami. W wersji oryginalnej turbina ma średnicę wielkości 2 m i jest umieszczana na wieży o wysokości od 5 do 7,5 m, przy czym jej waga wynosi około 90 kg. Łatwy montaż ma być kolejnym argumentem zwolenników modelu TURBY.  

Inne rozwiązanie to np. turbina świdrowa produkcji duńskiej. Jest ona modyfikacją turbiny Savoniusa i w jej przypadku zmianie uległ układ łopat, które w tym modelu zostały skręcone na wzór śruby. Turbina ta może pracować w pełnym zakresie prędkości wiatru, nawet w sztormach, a jej dodatkową zaletą jest stabilna i cicha praca.

W przypadku turbiny pierścieniowej jej łopaty są odsunięte od osi obrotu, przez co mniejszy jest moment rozruchowy, z kolei moment obrotowy jest zwiększony.  Dzięki temu turbina może pracować już od prędkości wiatru 1,5 do 2,0 m/s, nie wymaga silnika rozruchowego i w porównaniu z tradycyjnymi turbinami o osi poziomej może uzyskać znacznie większe moce.

Korzystne zmiany w prawie

Przełomową jest zmiana w planowanym projekcie ustawy o odnawialnych źródłach energii w wersji z grudnia 2011 roku, która wpłynie korzystnie na upowszechnienie wykorzystania tego rodzaju energii, a także obniży koszty jej zastosowania ma być zapis, w którym osoby decydujące się wytwarzać na własne potrzeby energię ze źródeł odnawialnych zostaną zwolnione z obowiązku prowadzenia działalności gospodarczej. Poza tym energia wytwarzana w mikroinstalacjach oraz małych instalacjach nie będzie już obarczona wymogiem uzyskania specjalnej koncesji. Przy czym pod pojęciem mikroinstalacji ustawodawca rozumie instalacje, których łączna moc elektryczna nie przekracza 40 kW. Z kolei instalacje małe obejmują moc od 40 do 200 kW. Co ważne, dodatkowym ułatwieniem w przypadku mikroinstalacji będzie brak wymogu uzyskania pozwolenia budowlanego, co znacznie ułatwi podjęcie decyzji o zainstalo0wnaiu alternatywnego źródła energii.

Opłacalność

Małe turbiny nie wymagają linii przesyłowych, zatem nie występują w tym przypadku straty przesyłu i koszty inwestycyjne oraz eksploatacyjne z tym związane. Produktywność turbiny wiatrowej można zawsze obliczyć mnożąc moc turbiny wyrażoną w kW przez ilość godzin w roku, następnie mnożąc wynik przez wydajność maszyny (która jest różna w zależności od wysokości wieży i mocy). Otrzymany wynik dzielimy przez 1000 i otrzymujemy ostateczną ilość wyprodukowanej energii. Znając wartość pomiaru wiatru i dane producenta odnośnie produktywności maszyny, możemy zatem dokładnie wyliczyć nasz przychód. Wśród licznych ofert na rynku można spotkać wiele zestawów, które mogą zaspokoić potrzeby indywidualnych odbiorców energii. Oczywiście cena tych urządzeń zależy głównie od ich mocy. Małe turbiny, które mogą zaspokoić zapotrzebowanie na energię indywidualnych odbiorców można nabyć już w cenie około półtora tysiąca złotych. Jednak ich moc nie przekracza zwykle 100 W, co może pozwolić na zasilenie kilku do kilkunastu źródeł światła (np. niskowatowych żarówek LED). Nieco mocniejsze systemy wiatrowe można nabyć w cenie powyżej 6 tys. zł. W tym przypadku będą to instalacje zapewniające od 1 do 2 kW energii.