Wykorzystywanie energii wiatrowej w gminie Dofinansowano ze środków dotacji Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej

Kierunki rozwoju energetyki wiatrowej Energetyka wiatrowa w całej Europie staje się coraz poważniejszym źródłem energii elektrycznej. W Polsce sektor ten nie ma jeszcze dużego znaczenia, niemniej regulacje prawne oraz warunki ekonomiczne dają solidną podstawę do eksploatacji zasobów energetycznych wiatru.

Moc elektrowni wiatrowych Rozwój mocy energetyki wiatrowej w latach 2005 – 2010 Rok 2005 2006 2007 2008 2009 30.06.2010 Moc elektrowni wiatrowych w MW 83,28 152,56 287,91 451.09 724,66 1005,60

W Krajowym Planie Działania w Zakresie Energii ze Źródeł Odnawialnych przewiduje się przede wszystkim rozwój źródeł opartych na energii wiatru oraz biomasie. Według „Polityki energetycznej Polski do 2030 r.” w kontekście osiągnięcia postawionego celu 15% udziału energii odnawialnej w strukturze energii finalnej brutto w 2020 r., szczególne znaczenie będą miały postępy poczynione w energetyce wiatrowej, produkcji biogazu i biomasy stałej oraz w biopaliwach transportowych. Te cztery obszary w 2020 roku stanowić mają łącznie ok. 94% zużycia energii ze wszystkich źródeł odnawialnych.

Zestawienie mocy wytwórczych energii elektrycznej brutto [MW] Poniżej przedstawiona została prognoza zainstalowanych mocy wytwórczych energii elektrycznej brutto z elektrowni wiatrowych na tle innych (przykładowych) rodzajów paliwa. Paliwo 2006 2010 2015 2020 2025 2030 Węgiel brunatny 8819 9177 9024 8184 10344 10884 Węgiel kamienny 20733 20746 21067 20660 17195 16510 Gaz ziemny 704 710 1210 1473 1974 3330 Elektrownie wiatrowe 173 976 3396 6089 7564 7867 Elektrownie na biomasę stałą 25 40 196 623 958 1218 Elektrownie na biogaz 33 74 328 802 1293 1379 Elektrownie fotowoltaiczne 2 16 32 % udział elektrowni wiatrowych w mocy wytwórczych ogółem 0,49 2,69 8,49 13,69 15,84 15,30

Perspektywy rozwoju energetyki wiatrowej w Polsce Na zlecenie Polskiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej (PSEW) przygotowany został raport: „Wizja rozwoju energetyki wiatrowej w Polsce do 2020 r.” - wykonany przez Instytut Energetyki Odnawialnej. Wnioski z tego Raportu są następujące: W 2020 r. elektrownie wiatrowe będą najtańszym odnawialnym źródłem energii elektrycznej - technologią, w której koszty produkcji energii będą porównywalne z Kosztami produkcji energii elektrycznej w funkcjonujących elektrowniach jądrowych.

Prognoza rozwoju energetyki wiatrowej Przewiduje zainstalowanie mocy wynoszącej ok. 13 GW w 2020 r., w tym: 11 GW w lądowych farmach wiatrowych, 1,5 GW w morskich farmach wiatrowych, 600 MW w małych elektrowniach wiatrowych. Udział elektrowni wiatrowych w produkcji energii elektrycznej będzie szybko wzrastać do 17% w 2020 r. i około 29% w 2030 r.

Energetyka wiatrowa to jedna z najtańszych opcji technologicznych redukcji emisji CO2. Zgodnie z opracowanym scenariuszem, redukcja emisji CO2 do atmosfery za sprawą energetyki wiatrowej wyniesie 33 mln ton w 2020 r., z dalszym potencjałem wzrostu do 65 mln ton w 2030 r. Prognozowany jest wzrost liczby zatrudnionych w energetyce wiatrowej z ponad 2000 osób (ekwiwalent pełnoetatowych stanowisk pracy) w 2008 r. do 66 tysięcy w 2020 r. Rozwój energetyki wiatrowej wpłynie na lokalną aktywizację gospodarczą. W 2020 r. do kas gminnych z tytułu podatku od nieruchomości może wpłynąć nawet 212 mln zł/rok (ok. 2% wszystkich przychodów własnych gmin wiejskich, a w gminach o korzystnych warunkach wietrzności nawet do 17 %). Przychody dzierżawców (rolników) z terenów pod elektrownie wiatrowe w 2020 r. mogą wynosić ponad 100 mln zł/rok.

Energetyka wiatrowa wniesie istotny wkład w realizację Dyrektywy 2009/28/WE, w perspektywie 2020 r. Przy prognozowanym w cytowanym raporcie osiągnięciu przez Polskę 21% udziału wyprodukowanej zielonej energii w zużyciu energii finalnej brutto w 2020 roku, energetyka wiatrowa dostarczyłaby 14,5% całości energii z OZE. Udział energetyki wiatrowej w zużyciu zielonej energii elektrycznej może wzrosnąć z obecnych ok. 15% do ponad 62% w 2020 r., a jej udział w zużyciu energii finalnej brutto może osiągnąć 3,8%.

Ocena zasobów energii wiatru Oszacowanie w sposób prawidłowy zasobów energetycznych wiatru jest decydującym wskaźnikiem dla procesu podejmowania decyzji o opłacalności inwestycji i jej lokalizacji. Określenie rocznej produkcji energii dla danej lokalizacji wymaga znajomości rozkładów prędkości i kierunków oraz długoterminowych średnich prędkości wiatru. W celu uzyskania tych danych przeprowadza się długoletnie pomiary, przy zastosowaniu precyzyjnej aparatury, a także stosuje się nowoczesne metody analizy danych pomiarowych.

Na efektywne pozyskiwanie energii wiatrowej oprócz czynników związanych bezpośrednio z wiatrem jak: gęstość mocy wiatru, wydajność energetyczna lub potencjał energetyczny wiatru mają wpływ czynniki nie związane z jakością zasobów wiatru, są to koszty wytwarzania turbin wiatrowych i ceny energii elektrycznej wytwarzanej w elektrowniach wiatrowych. O ile pierwszy z nich zależy od poziomu techniki światowej, która sprawia, że koszty wytwarzania turbin wiatrowych obniżają się w szybkim tempie i w przeciągu ostatnich dziesięciu lat spadły kilkakrotnie, to drugi z czynników czyli cena sprzedaży energii z elektrowni wiatrowych, która jest znacznie zróżnicowana w różnych krajach zależy od cen energii wytwarzanej ze źródeł konwencjonalnych

Przykładowe metody oceny zasobów energetycznych wiatru. Metoda szacunkowa oparta na danych meteorologicznych i standardowych rozkładach prędkości wiatru. Oceny zasobów wiatru w miejscu planowanej lokalizacji elektrowni dokonuje się w oparciu o długoterminowe dane ze stacji meteorologicznych. Tego rodzaju oceny były i są obecnie wykonywane dla całego obszaru Polski przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Metoda opierająca się na mapie potencjału energetycznego wiatru. W przypadku tej metody bazuje się na mapie potencjału energetycznego wiatru w kWh/m2 * rok wyznaczonych na podstawie danych meteorologicznych. Metoda oceny energii wiatru i wydajności elektrowni wiatrowej na podstawie średniorocznych prędkości wiatru i prędkości znamionowej elektrowni wiatrowej. Metoda ta opiera się na wzorach, które określają moc i energię wiatru oraz na wzorze opisującym zmiany prędkości wiatru wraz ze wzrostem wysokości nad powierzchnię gruntu. Metody te zostały bardziej szczegółowo opisane w części wykładowej.

Elektrownie wiatrowe – rodzaje turbin wiatrowych Istnieją trzy podstawowe rodzaje turbin wiatrowych: 1.  Turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu. 2.  Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu. 3.  Turbiny wiatrowe o osi poziomej wyposażone w dyfuzor.

Turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu. Najbardziej popularne rodzaje turbin. Ten typ elektrowni wiatrowej znajduje zastosowanie przede wszystkim w instalacjach dużej mocy. Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu. Ten typ elektrowni wiatrowej znajduje zastosowanie przede wszystkim w instalacjach małej mocy. Turbiny wiatrowe 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. Ten typ elektrowni wiatrowej znajduje zastosowanie przede wszystkim w instalacjach małej mocy. Rodzaje turbin zostały bardziej szczegółowo opisane w części wykładowej.

Podstawowe zasady lokalizacji, projektowania i budowy urządzeń energetyki wiatrowej Lokalizacja. Turbina powinna pracować przynajmniej 2 tys. godzin w roku. Do niedawna minimalna prędkość wiatru przy tego typu inwestycjach musiała wynosić 6 m/s, ale najnowsze turbiny zapewniają opłacalność przedsięwzięcia już przy prędkości 5 m/s. To pozwala na rozwijanie inwestycji także poza polskim Wybrzeżem, gdzie do tej pory powstało najwięcej farm. Wybór właściwej lokalizacji wiąże się z pierwszym dużym wydatkiem, czyli pomiarem wiatru, co wymaga budowy masztu wysokości 40 m i kosztuje ok. 150 tys. zł. Wyniki pomiaru są jednym z tych dokumentów, które trzeba mieć ze sobą, rozpoczynając starania o kredyt. Parametry wiatru można oczywiście także określić za pomocą jednej ze wskazanych metod.

Ekonomika inwestycji Budowa farmy wiatrowej gwarantuje wysoki zwrot z kapitału. Instytucje finansowe chętnie angażują się w takie inwestycje i akceptują wysoką dźwignię finansową. Problemem jest jednak duża ilość czasochłonnych formalności związanych z budową i uruchomieniem farmy. Inwestycja w 1 MW energii z wiatru wynosi ok. 1,5 mln euro. Przy obecnych możliwościach finansowania wystarczy kapitał w wysokości 5 proc. wartości inwestycji. 15 proc. wyłoży inwestor finansowy, a na pozostałe 80 proc. można dostać kredyt. Wewnętrzna stopa zwrotu z inwestycji w części deweloperskiej (sprzedaż gotowej farmy) wynosi 25 - 40 proc., zaś eksploatacyjnej 15 - 20 proc. Tak duża zyskowność wynika m.in. z tego, że ceny energii z OZE należą w Polsce do najwyższych w Europie - za sprzedaż 1 MWh energii właściciel farmy może uzyskać do 110 euro, podczas gdy w Niemczech tylko 80, a w Holandii nawet 70 euro.

Parametry elektryczne Energia elektryczna produkowana w elektrowniach wiatrowych musi mieć takie same parametry (częstotliwość i napięcie) jak sieć, z którą elektrownia wiatrowa współpracuje. Zwykle prędkość obrotowa turbiny utrzymywana jest na stałym poziomie, jednak stosuje się też układy pracujące ze zmienną prędkością obrotową. Dla zwiększenia rocznej produkcji energii stosowane są dwa generatory, z których jeden pracuje przy dużych prędkościach wiatru, zaś drugi przy słabszych wiatrach. Inne rozwiązanie to generatory o przełączanej (regulowanej) liczbie par biegunów.

Planowanie i realizacja inwestycji budowy elektrowni wiatrowych Etap 1 Planowanie inwestycji Etap 2 Dobór turbiny Etap 3 Uzgodnienie warunków realizacji inwestycji (warunki techniczne przyłączenia do sieci elektroenergetycznej, decyzja lokalizacyjna, decyzja środowiskowa, inne uzgodnienia) Etap 4 Pomiary wiatru Etap 5 Audyt wietrzności Etap 6 Projektowanie posadowienia elektrowni wiatrowej

Planowanie i realizacja inwestycji budowy elektrowni wiatrowych cd. Etap 7 Decyzja o pozwoleniu na budowę Etap 8 Transport elektrowni wiatrowych Etap 9 Budowa elektrowni wiatrowych i infrastruktury towarzyszącej Etap 10 Zakończenie finansowania inwestycji

Ochrona środowiska a lokalizacja elektrowni wiatrowych (1) Lokalizacja elektrowni wiatrowych musi uwzględniać także aspekty środowiskowe. Ogniskują się one w czterech obszarach i regulowane są odpowiednimi aktami prawnymi: Pierwszym obszarem, na który należy zwrócić uwagę jest wykaz przedsięwzięć, które mogą w znaczący sposób oddziaływać na środowisko i są tam wymienione elektrownie wiatrowe (Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 21 sierpnia 2007 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie określenia rodzajów przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko oraz szczegółowych uwarunkowań związanych z kwalifikowaniem przedsięwzięcia do sporządzania raportu o oddziaływaniu na środowisko). Drugim obszarem opisującym oddziaływanie elektrowni wiatrowych na środowisko jest problematyka hałasu. Zagadnienie to zostało opisane w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 14 czerwca 2007 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku. Trzeci obszar to obszary specjalnej ochrony ptaków Natura 2000. Sprawy wyłączające budowę elektrowni wiatrowych w takich obszarach reguluje Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 5 września 2007 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie obszarów specjalnej ochrony ptaków Natura 2000. Czwarty obszar to wpływ na otaczający krajobraz.

Ochrona środowiska a lokalizacja elektrowni wiatrowych (2) Turbina wiatrowa, jak i zespoły elektrowni wiatrowych /farmy wiatrowe/ są obiektami łatwo zauważalnymi z dużych odległości i tym samym wywierają wpływ na otaczający krajobraz. Podczas pracy wirnik elektrowni wiatrowej może powodować efekt świetlny - efekt stroboskopowy, dodatkowo obracające się śmigła są widokiem dość monotonnym. Obecnie nie lokuje się siłowni na terenach parków narodowych, krajobrazowych, rezerwatów przyrody oraz terenach wypoczynkowo-rekreacyjnych. Z obawy o dobro mieszkańców nie powinny być także budowane w bliskim sąsiedztwie osiedli ludzkich. Za strefę ochronną przyjęto 500 m od najbliższej zabudowy. Ustawy określają także zakaz lokalizacji elektrowni wiatrowych w odległości nie większej niż 3 km od koryt rzek: Wisły, Odry, Warty, Noteci, Biebrzy, Narwi, Bugu, Sanu i Pilicy, oraz w odległości nie większej niż 0,5 km od koryt rzek nie wymienionych powyżej.

Miejscowe plany zagospodarowania przestrzennego dla lokalizacji elektrowni wiatrowych i realizacja ich ustaleń Planowanie usytuowania elektrowni wiatrowych powinno mieć swoje odzwierciedlenie w czterech dokumentach strategicznych gminy. Po pierwsze zapisy tego rodzaju powinny się znaleźć w strategii rozwoju gminy. Dokument ten zarówno w celach strategicznych długookresowych jak i w średniookresowych lub w priorytetach powinien zawierać wskazania do budowy alternatywnych źródeł energii na terenie gminy. Drugi dokument, który powinien wskazywać obszary gminy, gdzie przewidywana lub spodziewana jest lokalizacja elektrowni wiatrowych, to studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania przestrzennego gminy. Nie wszystkie gminy posiadają aktualne i kompletne miejscowe plany zagospodarowania przestrzennego. A właśnie w tym dokumencie powinny znajdować się konkretne wskazania lokalizacyjne dla elektrowni wiatrowych na terenie gminy. Wreszcie ostatnim dokumentem strategicznym, gdzie szczegółowo opisane powinny być zamierzenia gminy w obszarze odnawialnych źródeł energii – w tym energii wiatru – to gminny Projekt założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe.

Bezpieczeństwo energetyczne Kreowanie przez władze lokalne polityki energetycznej w regionie jest istotnym czynnikiem bezpieczeństwa energetycznego. Według ustawy Prawo energetyczne z dnia 10 kwietnia 1997 roku, planowanie i organizacja zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe należą do zadań własnych gminy. Polskie Prawo energetyczne przewiduje dwa rodzaje dokumentów planistycznych: 1. Projekt założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe, ` 2. Plan zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe (opracowywany tylko w przypadku, jeśli plany rozwoju przedsiębiorstw energetycznych nie zapewniają realizacji założeń). Art. 32 Prawa Energetycznego stwierdza, że prowadzenie działalności gospodarczej w zakresie wytwarzania energii elektrycznej wymaga uzyskania koncesji.

Warunki budowlane Do prowadzenia robót budowlanych potrzebne jest pozwolenie budowlane (art. 28 ust. 1 Prawo Budowlane). Pozwolenie to nie jest potrzebne, natomiast do instalowania urządzeń na obiektach budowlanych (art. 29 ust. 2 pkt. 15 Prawo Budowlane), chyba że przekraczają one 3 m wysokości, albo są urządzeniami emitującymi pola elektromagnetyczne i są instalacjami zaliczanymi do przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko w rozumieniu ustawy Prawo ochrony środowiska Prawo ochrony środowiska z dnia 27 kwietnia 2001 r. Wynika stąd, że zgłoszenia wymaga tylko budowa wiatraka, gdy instalacja (gondola) jest umieszczana na wysokości ponad 3 m. Z brzmienia art. 3 ust. 3 Prawo Budowlane wynika z kolei, że budowlą są także części budowlane urządzeń technicznych takich jak elektrownie wiatrowe, jako odrębne pod względem technicznym części przedmiotów składających się na całość użytkową. Uważa się jednak, że część elektrowni wiatrowej, tj. gondola (zawierająca generator, skrzynię biegów, wirnik, komputer sterujący, transformator, rozdzielnię energetyczną, instalację alarmową i instalację zdalnego sterowania) wraz z łopatkami wirnika nie może stanowić ustroju o trwałym związaniu z gruntem. Tym samym budowlą jest więc tylko fundament z wieżą turbiny.

Przydatne linki i publikacje. Raport „Wizja rozwoju energetyki wiatrowej w Polsce do 2020 r.” Polskie Stowarzyszenie Energetyki Wiatrowej Barzyk Grzegorz, „Energetyka wiatrowa – podstawy”, www.dzienwiatru.eu www.ptew.pl www.eko-energia.com www.elektrownie-wiatrowe.org.pl www.windpower.com www.mala-elektrownia.ovh.org www.wind-market.pl www.ieo.pl

Dziękujemy za uwagę ! www.ews21.pl Zapraszamy do zadawania pytań do wykładu (moduł zadawania pytań dostępny jest na dole tekstu wykładowego dla zalogowanych uczestników) oraz do przystąpienia do testu on-line! www.ews21.pl Dofinansowano ze środków dotacji Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej