Jak produkować energię z wiatru? www.biomasa.org/edukacja Jak produkować energię z wiatru? prezentacja dla uczniów szkół gimnazjalnych Prezentacja przygotowana w ramach projektu Fundacji Partnerstwo dla Środowiska współfinansowanego przez NFOŚiGW.

Co to jest pogoda? Parametry służące do opisu pogody: Pogoda to ogół zjawisk atmosferycznych, zachodzących w danej chwili w dolnych warstwach atmosfery nad danym obszarem. Parametry służące do opisu pogody: temperatura powietrza, wilgotność powietrza, ciśnienie atmosferyczne, opady atmosferyczne, zachmurzenie, siła i kierunek wiatru. www.biomasa.org/edukacja

Wiatr to... ...jeden ze składników pogody ...ruch powietrza, wywołany jego nierównomiernym nagrzewaniem się Powstaje w wyniku naturalnej tendencji do wyrównywania ciśnień, których różnice spowodowane są różnicami temperatur. Temperatury różnią się zaś, ponieważ do różnych obszarów Ziemi dociera różna ilość promieniowania słonecznego. © Marek Cios www.biomasa.org/edukacja

Co to jest wiatr? Odpowiedź na tak postawione pytanie wydaje nam się oczywista. Wiemy przecież doskonale, kiedy wiatr wieje, a kiedy pogoda jest bezwietrzna, wiemy też, że wiatr może być bardzo słaby, ledwie zauważalny, bądź przeciwnie - tak silny, że aż niebezpieczny. Czy jednak naprawdę wiemy, czym jest wiatr? Jakie zjawiska wskazują na to, że wiatr wieje? W jaki sposób wiatr powstaje i jakie rodzaje wiatrów wyróżniamy? Zastanówcie się przez chwilę i spróbujcie odpowiedzieć na pytania! www.biomasa.org/edukacja

Jak powstaje wiatr? do różnych obszarów Ziemi dociera różna ilość promieniowania słonecznego, jak wiemy, okolice równika nagrzewają się o wiele bardziej niż strefy okołobiegunowe, gdy lekkie, gorące powietrze z rejonu równika ucieka w górę, na jego miejsce napływają fale chłodnego powietrza znad biegunów, tak powstaje wiatr - ruch powietrza, spowodowany różnicami temperatur i ciśnień, a także działaniem związanej z obrotowym ruchem Ziemi siły Coriolisa www.biomasa.org/edukacja

Działanie siły Coriolisa Gdyby nie zakrzywiająca tor wiatru siła Coriolisa, zwana też geostroficzną, powietrze przemieszczałoby się w linii prostej, wędrując od obszarów wysokiego ciśnienia ku terenom o ciśnieniu niskim. Najniższe ciśnienie panuje nad równikiem. Powietrze, które odpływa znad tego „równikowego pasa ciszy” opada następnie na ziemię w okolicach zwrotników (szerokość geograficzna mniejsza niż 30 stopni), a stamtąd rozprzestrzenia się na północ i na południe w postaci stałych wiatrów zachodnich i wschodnich. www.biomasa.org/edukacja

Rodzaje wiatrów Wyróżniamy: wiatry globalne, do których zaliczane są stałe wiatry zachodnie i zwane też pasatami stałe wiatry wschodnie; wiatry lokalne, które mają największy wpływ na kształtowanie pogody na danym obszarze. Dobrze znanym nam wszystkim przykładem wiatru lokalnego jest występujący w Sudetach i w Karpatach wiatr halny. Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Pomiary wiatru pomiarów wiatrów dokonywano już w czasach starożytnych, współcześnie do mierzenia prędkości i kierunku wiatru wykorzystuje się różnego rodzaju wiatromierze, do ustalania prędkości wiatru stosuje się też skalę Beauforta, do ustalania kierunku wiatrów korzysta się z róży wiatrów Róża wiatrów to rysunek, przedstawiający 8 lub 16 kierunków świata z zaznaczonymi skrótowo nazwami. N – północ E – wschód S – południe W – zachód www.biomasa.org/edukacja

Wykorzystanie energii wiatru dawniej człowiek może wykorzystywać siłę wiatru do rozmaitych celów, najstarszy znany sposób jej wykorzystania to oczywiście żeglarstwo, jednak już od bardzo dawnych czasów energia wiatru służyła także do innych celów, np. starożytni Babilończycy używali jej do napędzania pompujących wodę wiatraków, które nawadniały pola i osuszały mokradła, z kolei Persowie już w VI w. mełli ziarno w wiatrowych młynach Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Wykorzystanie energii wiatru dziś energia wiatru znalazła nowe zastosowanie wraz z odkryciem elektryczności, pod koniec XIX w. podjęto pierwsze próby wykorzystania energii wiatru do produkcji prądu, w 1960 r. na świecie działało już ponad milion siłowni wiatrowych, światowym liderem w dziedzinie wytwarzania energii elektrycznej z energii wiatru jest Europa, w 2004 r. na nasz kontynent przypadało 73,6% światowej produkcji energii elektrycznej pozyskiwanej z energii wiatru Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Elektrownie wiatrowe na świecie www.biomasa.org/edukacja

Zastosowania energii wiatru elektrownie wiatrowe wykorzystywane są przede wszystkim do produkcji energii elektrycznej, siłownie wiatrowe mogą być podłączone do krajowej sieci energetycznej lub też pracować na sieć wydzieloną i zaspokajać potrzeby energetyczne zakładu produkcyjnego, gospodarstwa rolnego lub domowego Courtesy of DOE/NREL Niektóre siłownie wiatrowe wykorzystują energię wiatru bezpośrednio do pompowania wody, napowietrzania zbiorników wodnych i innych celów. www.biomasa.org/edukacja

Wykorzystanie energii wiatru w Polsce Polska posiada 58 MW mocy zainstalowanej elektrowni wiatrowych. To najwięcej wśród nowych członków Unii Europejskiej. Courtesy of DOE/NREL W roku 2003 w naszym kraju: pracowało około 40 profesjonalnych siłowni wiatrowych, sprzedających energię elektryczną do sieci, a największą polską farmą wiatrową był posiadający dziewięć elektrowni wiatrowych park w Cisowie koło Darłowa. www.biomasa.org/edukacja

Lokalizacja elektrowni wiatrowej Projektując farmę wiatrową trzeba wziąć pod uwagę wiele rozmaitych czynników. Po pierwsze, na wybranym terenie muszą panować odpowiednie warunki wiatrowe. W Polsce za obszary pozwalające wykorzystywać energię wiatru uznaje się miejsca, w których średnia roczna prędkość wiatru na wysokości 70 m n. p. g. (nad poziomem gleby) wynosi co najmniej 6 m/s. Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Klasy szorstkości terenu Prędkość wiatru zależy od: wysokości - średnia prędkość wiatru rośnie wraz z wysokością względem powierzchni ziemi), od szorstkości terenu - o której decydują rzeźba powierzchni i takie przeszkody terenowe, jak drzewa czy zabudowania. Im niższa klasa szorstkości terenu – to znaczy im mniej przeszkód terenowych na danym obszarze, tym większe są tam zasoby energii wiatru i tym lepsze warunki do budowy elektrowni. www.biomasa.org/edukacja

Najlepsze warunki wiatrowe najlepsze pod względem warunków wiatrowych obszary to morskie wybrzeża, otwarte równiny, wierzchołki wzniesień i górskie przełęcze, a więc miejsca, w których regularnie występują wiatry o dużej sile, elektrowni wiatrowych nie należy lokalizować w górskich dolinach i kotlinach By farma wiatrowa najlepiej wykorzystywała warunki wiatrowe, turbiny powinny być zwrócone w stronę głównych kierunków wiatru, a odległość między nimi powinna wynosić od 5 do 8 średnic wirnika turbiny www.biomasa.org/edukacja

Morskie farmy wiatrowe Powierzchnia wody to obszar o najniższej klasie szorstkości Dlatego idealną farmą wiatrową byłby zakład umiejscowiony na dużym obszarze morskim, złożony z rzędu turbin, oddalonych od siebie o około 600 m i zwróconych w stronę głównych kierunków wiatru. Choć większość farm wiatrowych zlokalizowana jest na lądzie, zakłady z wybrzeży Bałtyku i Morza Północnego coraz częściej przenoszą się na przybrzeżne wody morskie. Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Cechy morskich farm wiatrowych Morskie farmy wiatrowe mają wiele zalet, wśród których znajduje się większa... ...stabilność wiatrów, umożliwiająca ich efektywniejsze wykorzystanie, ...siła wiatru na mniejszej wysokości, pozwalająca na budowę niższych wież, ...siła wiatru w miarę oddalania się od brzegu, ...przestrzeń dla lokalizacji elektrowni wiatrowych. Wadą morskich elektrowni wiatrowych jest konieczność budowy podwodnej sieci kablowej i fundamentów oraz przetransportowania na morze personelu i sprzętu. www.biomasa.org/edukacja

Warunki wiatrowe w Polsce w Polsce najlepsze warunki wiatrowe panują na Pomorzu i w północno-wschodnich rejonach kraju, dużym potencjałem energii wiatru dysponują też górzyste i pagórkowate tereny Sudetów, Beskidu Śląskiego i Żywieckiego, Bieszczad, Pogórza Dynowskiego, Garbu Lubawskiego i Kielcczyzny Courtesy of DOE/NREL Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Rozmieszczenie elektrowni wiatrowych na terenie Polski Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Zalety elektrowni wiatrowych Wiatr jest odnawialnym źródłem energii. Jego wykorzystanie do produkcji elektryczności: nie powoduje zanieczyszczeń, nie przyczynia się do emisji gazów cieplarnianych, nie wiąże się też z eksploatacją zasobów, które prędzej czy później zostaną wyczerpane. Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Elektrownie wiatrowe a środowisko Energia wiatru jest odnawialnym źródłem energii. Nie znaczy to jednak, że jej wykorzystanie jest dla neutralne środowiska. Elektrownie wiatrowe: „zanieczyszczają wizualnie środowisko”, czyli po prostu szpecą krajobraz, emitują uciążliwy monotonny hałas, a także stanowią zagrożenie dla ptaków i nietoperzy. Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Wpływ na krajobraz Elektrownie wiatrowe nie zanieczyszczają powietrza, gleby czy wody, często się jednak mówi o powodowanym przez nie „wizualnym zanieczyszczeniu” środowiska. Problem ten jest tym poważniejszy, że odpowiednie do budowy farm wiatrowych obszary to nieraz turystyczne tereny nadmorskie bądź górskie, których walory krajobrazowe mogą trwale ucierpieć skutkiem budowy elektrowni. www.biomasa.org/edukacja

Emisja hałasu Poza wizualnym zanieczyszczeniem środowiska, elektrownie wiatrowe są także odpowiedzialne za zanieczyszczenie „akustyczne”, emitują bowiem hałas. Głównym „sprawcą” hałasu emitowanego przez elektrownie wiatrowe są łopaty wirnika, które obracając się natrafiają na opór powietrza. Im większa moc elektrowni, im starsza technologia, im mniej aerodynamiczna konstrukcja łopat, tym większy hałas, powodowany przez turbinę. Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Hałas powodowany przez turbinę wiatrową odległość od turbiny w metrach natężenie hałasu w decybelach (db) dla turbiny o mocy 600 kW dla turbiny o mocy 1650 kW 200 46,5 47,0 250 44,4 44,9 300 42,7 43,2 500 37,4 37,9 www.biomasa.org/edukacja

Redukcja poziomu hałasu natężenie hałasu emitowanego przez elektrownie wiatrowe nie jest duże, problemem jest raczej jego monotonia i długotrwałe oddziaływanie na psychikę człowieka, by zredukować poziom hałasu wykorzystuje się nowoczesne technologie (współczesne turbiny wiatrowe pracują ciszej od swych poprzedniczek), by zaś zneutralizować wpływ hałasu na ludzi elektrownie wiatrowe lokalizuje się w odległości minimum 500 m od zabudowy mieszkaniowej www.biomasa.org/edukacja

Zagrożenie dla ptaków Kolejnym problemem, związanym z budową elektrowni wiatrowych jest zagrożenie, jakie ich praca stwarza dla ptaków i nietoperzy, które lecąc mogą wejść w kolizję z turbiną. Kolizja taka jest tym prawdopodobniejsza, że elektrownie wiatrowe lokalizuje się często w miejscach występowania prądów powietrznych, wykorzystywanych także przez migrujące ptaki. www.biomasa.org/edukacja Courtesy of DOE/NREL

Neutralizowanie zagrożenia dla ptaków by zmniejszyć śmiertelność ptaków, spowodowaną kolizjami z turbinami wiatrowymi, stosuje się specjalne oznakowanie, zwiększające widoczność elektrowni, nowe elektrownie lokalizuje się z dala od tras migracyjnych ptaków, na etapie badań jest wykorzystanie sygnałów radiowych, których emisja mogłaby odstraszać ptaki z terenu elektrowni Należy pamiętać, że o wiele większe zagrożenie dla ptaków stanowi energetyka konwencjonalna! www.biomasa.org/edukacja

Podsumowanie Zainteresowanie energią wiatru, tak jak i innymi odnawialnymi źródłami energii wzrosło w następstwie kryzysu energetycznego z 1973 roku. Od tego czasu na całym świecie zainstalowano ponad 50 000 turbin wiatrowych, a energetyka wiatrowa jest jedną z najdynamiczniej rozwijających się gałęzi przemysłu. Wyczerpywanie się paliw kopalnych i zmiany klimatyczne, spowodowane ich spalaniem zmuszają do poszukiwania alternatywnych źródeł energii, zaś coraz doskonalsze technologie pozwalają minimalizować negatywny wpływ elektrowni wiatrowych na środowisko. www.biomasa.org/edukacja