Mała energetyka wiatrowa w gospodarstwie agroturystycznym mgr inż. Maciej Kołowski

mają różne temperatury, Masy powietrza w zależności od swych aktualnych właściwości fizycznych - wznoszą się i opadają. Dzieje się tak dlatego że: mają różne temperatury, mają różną gęstość, Wynik takiego przemieszczania się warstw mas powietrza (z miejsc zimniejszych do cieplejszych) zawierającego drobiny o określonych wartościach: energii kinetycznej i potencjalnej oraz masy – obserwujemy oraz odczuwamy jako WIATR.

Profil skrzydła zbudowany jest tak aby stworzyć dwie powierzchnie o różnych długościach. Obracanie się rotora siłowni wiatrowej spowodowane jest różnicą ciśnień między górną a dolną częścią płata skrzydła wiatraka, który swoją budową przypomina skrzydło samolotu.

Przy ich opływie przez wiatr po stronie wklęsłej skrzydła (krótsza, dolna część płata) powstaje ciśnienie wyższe niż po stronie wypukłej (dłuższej, górna część). Różnica ciśnień powoduje powstanie siły ciągu, która wprawia w ruch wiatrak, skierowaną w stronę niższego ciśnienia.

Małe elektrownia wiatrowa to: - urządzenie zamieniają energię ruchu mas powietrza w energię kinetyczną ruchu obrotowego wirnika elektrowni. Następnie wirnik połączony z generatorem wytwarza energię elektryczną - ilość energii elektrycznej produkowanej w elektrowni wiatrowej zależy od wielkości i efektywności turbiny oraz prędkości wiatru. - ta z kolei determinowana jest głównie przez lokalizację oraz czynniki klimatyczne.

Rodzaje turbin wiatrowych O pionowej osi obrotu – VAWT – Vertical Axis Wind Turbine O poziomej osi obrotu – HAWT – Horizontal Axis Wind Turbine Turbina wiatrowa z dyfuzorem - DAWT - Diffuser Augmented Wind Turbine

Aerofortis, Moc 0,4 kW Aquael Ventus, Polska, Moc 2 kW CXF, Moc 3 kW (mix Savionus+Darriues’a) . Ropatec, Moc 5 kW Quiet Revolution, Moc 7 kW Windspire, Moc 1,2 kW „Turbina Savionusa”

Trójfazowy generator z magnesem stałym Aeolos-H 5kW Moc znamionowa 5000 W = 5 kW Maksymalna moc wyjściowa 6000 W – 6kW Napięcie wyjściowe 1 20/260V Średnica wirnika 6.4 m Startowa prędkość wiatru 3.0 m/s Znamionowa prędkość wiatru 10 m/s Graniczna prędkość wiatru 45 m/s Generator Trójfazowy generator z magnesem stałym Waga turbiny 180 kg Hałas 45 db(A) przy 5m/s

Windspire 1,2 kW Moc znamionowa 1200 W = 1,2 kW Średnica wirnika 1,2 m (wys. 6,1 m) Startowa prędkość wiatru 3,6 m/s Znamionowa prędkość wiatru 11,2 m/s Graniczna prędkość wiatru 47 m/s Generator bezszczotkowy generator na magnesy trwałe Waga turbiny 238 kg Hałas 20 dB   Turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu. W 1931 roku Darrieus zbudował wirnik, który posiadał zerowy moment startowy, dlatego też niezbędne było jego początkowe napędzenie. Obecnie istnieją dwie odmiany tegoż wirnika: H-Darrieus (w kształcie litery H) i EHD (wirnik Darrieus’a zmodyfikowany przez SANDIA NATIONAL LABORATORIES). Ten typ elektrowni wiatrowej znajduje zastosowanie przede wszystkim w instalacjach małej mocy. Co to jest: Windspire to pionowa turbina wiatrowa. Ma ok. 9 m wysokości. Ciekawostką jest fakt, że turbina jest w stanie przetrzymać wiatr wiejący z prędkością ponad 160 km/h. Jak działa: Windspire posiada pionowy wirnik, który obraca się dzięki sile wiatru generując energię elektryczną. Gdzie ją zamontowano: Opisywane turbiny są stosowane w ogromnej skali w USA do celów prywatnych w domach, firmach, szkołach i muzeach. Poziom hałasu 20 dB

BOF-V 5kW Moc znamionowa 5 kW Średnica wirnika 3,7 m Startowa prędkość wiatru 3,2 m/s Znamionowa prędkość wiatru 12 m/s Graniczna prędkość wiatru 50 m/s Waga turbiny 458 kg Hałas <30 dB

Czy nie jest to aby zagłośno? 20 dB – szept 30 dB – bardzo spokojna ulica bez ruchu 40 dB – szmery w domu 50 dB – szum w biurach 60 dB – odkurzacz 70 dB – wnętrze głośnej restauracji, darcie papieru, wnętrze auta 80 dB – głośna muzyka w pomieszczeniach, trąbienie,

Turbina o osi poziomej z dyfuzorem – Diffuser Agumented Wind Turbine Turbina wiatrowa o osi poziomej wyposażona w dyfuzor. Jest to tradycyjna (wyżej opisana) turbina, jednakże znajdująca się w tunelu. Jeśli wirnik będzie znajdował się w tunelu (dyfuzorze) to poruszał się on będzie w powietrzu szybciej niż wiatr, który znajduje się poza danym tunelem, dzięki czemu powstanie większa ilość energii. W latach 70-tych odkryto natomiast, że jeśli w taki tuneli znajduje się szczelina to wirnik jeszcze bardziej zwiększy swoją sprawność działania. Ten typ elektrowni wiatrowej znajduje zastosowanie przede wszystkim w instalacjach małej mocy.

System OFF-GRID Systemy autonomiczne (ang. OFF-GRID), nie podłączone do sieci elektroenergetycznej, na własny użytek. Łączy się to z koniecznością dostaw energii elektrycznej nie tylko w określonej ilości, lecz także jakości oraz jej magazynowania.

System ON – GRID Systemy przyłączone do sieci elektroenergetycznej. Działające w ramach generacji rozproszonej (ang. ON-GRID lub grid connected), podłączone do większych systemów dystrybucji energii

Gdzie zamontować małą elektrownię wiatrową? powinna być zamontowana powyżej dachu budynku lepszej wydajności turbiny sprzyja również umieszczenie jej w pobliżu prześwitu budynków bezpośrednio na budynku na terenach rolniczych, na obrzeżach małych miejscowości, w pobliżu zbiorników wodnych - wiatr jt. „silniejszy” i „ gęstszy” w górnych partiach wzniesień, w naturalnych przesmykach o kierunku wschód-zachód, ABY ZWERYFIKOWAĆ NASZE WYBRANE MIEJSCE, NALEŻY DOKONAĆ POMIARÓW WIATRU – KIERUNKU I PRĘDKOŚCI

Zwykle ten budynek stanowi największą przeszkodę dla wiatru Zwykle ten budynek stanowi największą przeszkodę dla wiatru. Wiązać się to może z koniecznością wzniesienia masztu 12m a czasem nawet wyższego. Stawianie elektrowni wiatrowej na wysokości 6m i mniejszej ma sens jedynie wtedy, kiedy jest to otwarta przestrzeń i najlepiej na wzniesieniu.

Schemat procesu inwestycyjnego ( OFF GRID) Chcemy zakupić MEW bo: koszty energii rosną zużycie energii rośnie zmiana wizerunku na pro-eko częściowe zabezpieczenie się Wybór najlepszego rozwiązania dla naszego obiektu: - analizujemy nasze potrzeby energetyczne - szukamy miejsca - mierzymy parametry wiatru - dobieramy moc i wysokość masztu Wniosek o pozwolenie na budowę (65 dni) Maszt nie wystaje więcej niż 3 m ponad obrys budynku, wolnostojący, bez fundamentu, na linkach odciągowych Maszt jest wyższy (wystaje więcej niż 3 m nad obrys budynku, lub maszt na stałe związany z gruntem (fundament) Negatywne rozpatrzenie – sprzeciw Pozytywne rozpatrzenie Zgłoszenie budowy w odpowiednim urzędzie (czekamy 30 dni) Brak odwołań PRZYSTĘPUJEMY DO INSTALACJI MEW

29 756 zł 5 962 zł 12 874 zł 900 12 830 zł 1500 500 Turbina wiatrowa Ile to kosztuje? AEOLOS 5 KW Turbina wiatrowa 29 756 zł Kontroler ładowania 5 962 zł Inwerter jednofazowy 12 874 zł Osprzęt elektryczny 900 Maszt 12 m 12 830 zł Posadowienie masztu 1500 Transport 500 64 322 ZŁ BRUTTO

TURBINA WIATROWA AEOLOS Jak widać, moc 5 kW osiągana jest przy wietrze od 10 m/s. Takich warunków wietrznych na niskich wysokościach 10-20 m nie osiągniemy przez większość czasu. Dlatego musimy przyjąć bardziej realną wersję i oszacować prędkość na poziomie 5m/s Jak wynika z tabelki, przy prędkości 5 m/s, moc generatora osiąga 930 W, czyli osiąga sprawność na poziomie 18,6 %. Źródło: strona WWW AEOLOS

5 kW x 24 [h/d] x 365 [d/rok] x 18,6 % = 8 147 kWh/rocznie Teraz wyliczamy ile turbina wyprodukuje energii elektrycznej przy założonej prędkości wiatru i sprawności: Moc znamionowa [ kW] x 24 [h/d] x 365 [d/rok] x sprawność % = x kWh/rocznie 5 kW x 24 [h/d] x 365 [d/rok] x 18,6 % = 8 147 kWh/rocznie Koszt „na gotowo” naszej instalacji o mocy 5 kW wynosi zł brutto. Sprzedaż energii Możemy maksymalnie sprzedać do 1/3 wyprodukowanej energii, czyli: 8 147 kWh / 0,3 = 2 715 kWh Na sprzedaży zarobimy: 2 715 kWh * 0,16 zł= 434,5 zł Dodatkowo zaoszczędzimy nie pobierając energii elektrycznej z sieci : 8 147 kWh – 2 715 kWh = 5 432 kWh 5 432 kWh * 0,65 zł = 3 530 zł W sumie nasz zysk wynosi 3 964 zł w ciągu roku. Obliczenie prostego okresu zwrotu: SPBT= 64 322 zł/ 3 964 zł/rok ≈ 16 lat .

Zalety małych elektrowni wiatrowych: stosunkowo duża moc do rozmiarów (w porównaniu do ogniw PV)  jest to „czysta energia”, która nie wpływa negatywnie na środowisko  łatwa instalacja  obniżenie rachunków za energię elektryczną proekologiczny wizerunek gospodarstwa, firmy pośrednie zmniejszenie emisji cicha praca

Wady małych elektrowni wiatrowych: niesterowalny czas pracy elektrowni brak możliwości „magazynowania” wiatru (wodę, biomasę można) duża podatność na zmianę lokalnych warunków wiatrowych wysokie koszty magazynowania energii elektrycznej (cena akumulatorów)

Dziękuję za uwagę Wielkopolska Agencja Zarządzania Energią Sp. z o.o. ul. Mickiewicza 33 60-837 POZNAŃ tel. (61) 583 62 48, fax. (61) 818 77 39 mkolowski@waze.pl