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

Odnawialne i nieodnawialne źródła energii Odnawialne źródła energii - w skrócie OZE to takie źródła energii, których zasoby uzupełniają się w naturalnych procesach, co oznacza że są praktycznie niewyczerpalne. Nieodnawialne źródła energii to źródła energii, których zasoby prędzej czy później ulegną zupełnemu wyczerpaniu. Ocenia się, że najdłużej, bo jeszcze przez prawie 220 lat będzie można korzystać ze złóż węgla kamiennego. Courtesy of DOE/NREL Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Odnawialne i nieodnawialne źródła energii drewno i inne rodzaje biomasy energia Słońca energia wiatru energia geotermalna energia wody NIEODNAWIALNE węgiel kamienny węgiel brunatny ropa naftowa gaz ziemny rudy metali pierwiastki promieniotwórcze Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Konwencjonalne i niekonwencjonalne źródła energii Obecnie produkcja energii elektrycznej odbywa się głównie w oparciu o surowce konwencjonalne: węgiel, ropę naftową i gaz ziemny. Energia niekonwencjonalna nie zawsze jest energią odnawialną. Do niekonwencjonalnych źródeł energii, których zasoby są wyczerpywalne zaliczamy: wodór, magneto-hydro-dynamikę i ogniwa paliwowe. www.biomasa.org/edukacja

Zapotrzebowanie na energię Potrzeby energetyczne świata gwałtownie rosną. W 1960 roku ludzkość zużywała 142,5 EJ (1 EJ = 1018 J) energii pierwotnej, zaś pod koniec XX w. wartość ta wynosiła już 425 EJ. Według przewidywań w pierwszym trzydziestoleciu XXI wieku zapotrzebowanie świata na energię zwiększy się jeszcze o dwie trzecie. Gdzie w tej sytuacji znaleźć odpowiednie do wykorzystania źródła energii, jeśli zasoby paliw konwencjonalnych wyczerpują się, a ich spalanie wywołuje niekorzystne zmiany klimatu? www.biomasa.org/edukacja

OZE alternatywą dla paliw kopalnych w obecnej sytuacji ratunkiem mogą się okazać coraz częściej wykorzystywane odnawialne źródła energii, na ich rosnącą popularność poza względami ekologicznymi mają wpływ także kwestie ekonomiczne: pozyskiwanie wyczerpujących się surowców kopalnych staje się po prostu coraz droższe Niektórzy eksperci przewidują, że do roku 2050 połowa zużywanej energii pochodzić będzie właśnie ze źródeł odnawialnych. Courtesy of DOE/NREL Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Energia wiatru dawniej wykorzystanie energii wiatru znane było już w bardzo danych czasach, świadczą o tym osiągnięcia starożytnych żeglarzy – np. opłynięcie Afryki przez flotę egipsko-fenicką na przełomie VII i VI wieku p.n.e. energię wiatru wykorzystywano nie tylko w żeglarstwie, służyła ona także do napędzania wiatraków, które: w starożytnej Babilonii pompowały wodę do nawadniania upraw, w VI-VII wieku w Persji mełły ziarno i wyciskały winogrona, a już od VIII w. w Holandii służyły do wypompowywania wody z obszarów nisko położonych Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Energia wiatru obecnie przełomowym momentem w historii wykorzystania energii wiatru było odkrycie 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, zainteresowanie energią wiatru, tak jak i pozostałymi OZE, wzrosło szczególnie po roku 1973, kiedy to nastąpił kryzys energetyczny, od tego czasu na całym świecie zainstalowano ponad 50 000 turbin wiatrowych, a energetyka wiatrowa jest jedną z najdynamiczniej rozwijających się gałęzi przemysłu Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Wykorzystanie 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 zapotrzebowanie energetyczne zakładu produkcyjnego, gospodarstwa rolnego lub domu, niektóre siłownie wiatrowe wykorzystują bezpośrednio energię wiatru do pompowania wody, napowietrzania zbiorników wodnych i innych celów Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Budowa turbiny wiatrowej www.biomasa.org/edukacja

Jak powstaje wiatr? Wiemy już, że energia wiatru jest odnawialnym źródłem energii, wiemy też, że jej wykorzystanie stale wzrasta, do tej pory nie powiedzieliśmy jednak, czym jest wiatr. Do różnych obszarów Ziemi dociera różna ilość promieniowania słonecznego – to powoduje powstawanie różnic temperatur, które z kolei wywołują różnice ciśnień. Naturalna tendencja do wyrównywania tych różnic sprawia, że powstaje wiatr. Wiatr to ruch powietrza, spowodowany różnicami temperatur i ciśnień, a także działaniem związanej z obrotowym ruchem Ziemi siły Coriolisa. www.biomasa.org/edukacja

Rodzaje wiatrów Najniższe ciśnienie panuje nad równikiem. Powietrze, które odpływa znad tego „równikowego pasa ciszy” opada następnie na ziemię w okolicach zwrotników, a stamtąd rozprzestrzenia się na północ i na południe w postaci stałych wiatrów zachodnich i zwanych też pasatami stałych wiatrów wschodnich. To jednak nie te, globalne wiatry, lecz charakterystyczne dla danego obszaru wiatry lokalne mają największy wpływ na pogodę na danym terenie. Polskim wiatrem lokalnym jest występujący w Sudetach i Karpatach wiatr halny. Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Potencjał energii wiatru 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 W województwie zachodniopomorskim w miejscowości Tymień powstaje największa polska farma wiatrowa – zakład o mocy 50 MW, który będzie oddany do użytku w czerwcu 2006 r. www.biomasa.org/edukacja

Wykorzystanie energii wiatru w Polsce Polska posiada 58 MW mocy zainstalowanej elektrowni wiatrowych. To najwięcej wśród nowych członków UE, jednak w roku 2004 nasz kraj zwiększył swój potencjał tylko o ponad 11%, podczas gdy w Estonii – zasoby mocy zainstalowanej wzrosły aż o 583,8%. 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

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

Wykorzystanie energii wiatru na świecie www.biomasa.org/edukacja Współcześnie szybki rozwój energetyki wiatrowej następuje zwłaszcza na terenie Europy.

Elektrownie wiatrowe na świecie W roku 2005 w 10 krajach „starej” Unii Europejskiej moc zainstalowana elektrowni wiatrowych wynosiła 34 630 MW - blisko trzy czwarte światowej mocy zainstalowanej. www.biomasa.org/edukacja

Lokalizacja elektrowni wiatrowej Wybierając miejsce do lokalizacji elektrowni wiatrowej trzeba wziąć pod uwagę szereg rozmaitych czynników. Na wybranym terenie muszą panować odpowiednie warunki wiatrowe, to znaczy muszą tam regularnie występować wiatry o dużej prędkości. Elektrownie wiatrowe pracują zazwyczaj przy wietrze wiejącym z prędkością od 5 do 25 m/s, przy czym prędkość od 15 do 20 m/s uznawana jest za optymalną. Zbyt duża prędkość wiatru może być przyczyną mechanicznego uszkodzenia wiatraka. www.biomasa.org/edukacja

Klasy szorstkości terenu O szorstkości terenu 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. Szorstkość terenu ma wpływ na prędkość wiatru do wysokości jednego kilometra nad poziomem ziemi i w promieniu 20 km. Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Podłączenie do sieci energetycznej Elektrownie wiatrowe są podłączane do sieci energetycznej. Kwestię podłączenia do sieci można rozwiązać bądź przez: wykorzystanie linii średniego napięcia 15kV, co pozwala podłączyć turbinę bezpośrednio do linii, lecz uniemożliwia instalowanie mocy większych, niż 4-6 MW, bądź też wykorzystując linię wysokiego napięcia 110kV, co umożliwia instalowanie większych mocy, lecz wiąże się z koniecznością budowy stacji przekaźnikowej GPZ 15kV/110kV 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. Tereny farmy wiatrowej mogą być jednak wykorzystane np. do produkcji rolnej, co stanowi dodatkową zaletę elektrowni wiatrowych. Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Morskie farmy wiatrowe 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. Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Elektrownie wiatrowe a środowisko Mimo, że elektrownie wiatrowe wykorzystują nieszkodliwe dla środowiska, odnawialne źródło energii, jakim jest wiatr, ich praca nie pozostaje bez pewnego negatywnego wpływu na środowisko i na człowieka. Krytykowane są zwłaszcza duże turbiny wiatrowe, które „zanieczyszczają wizualnie środowisko”, czyli szpecą krajobraz, emitują uciążliwy monotonny hałas, 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 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 lub górskie o wysokich walorach krajobrazowych. Badania przeprowadzone w krajach Unii Europejskiej pokazują jednak, że wiele osób nie uważa turbin za nieestetyczne, a większość ankietowanych opowiada się za dalszym rozwojem energetyki wiatrowej. www.biomasa.org/edukacja

Courtesy of DOE/NREL Emisja hałasu Poza wizualnym zanieczyszczeniem środowiska, elektrownie wiatrowe są także odpowiedzialne za zanieczyszczenia „akustyczne”, emitują bowiem hałas. Nie jest to co prawda dźwięk o zbyt dużym natężeniu, problemem może jednak być jego monotonia i uciążliwość - szczególnie przy wietrze o małych i średnich prędkościach. Podobny negatywny wpływ na psychikę człowiek może mieć także odblask promieni słonecznych od obracającego się wirnika i cień jego szybko poruszających się łopat. 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 emisji hałasu głównym „sprawcą” hałasu emitowanego przez elektrownie wiatrowe są łopaty wirnika, które obracając się natrafiają na opór powietrza, poza tym do powstawania uciążliwego szumu przyczynia się także układ przeniesienia mocy, czyli wirnik, przekładnia i generator, im większa moc elektrowni, im starsza technologia, im mniej aerodynamiczna konstrukcja łopat, tym większy hałas, powodowany przez turbinę Redukcji poziomu hałasu służy stosowanie nowoczesnych technologii - współczesne turbiny wiatrowe pracują ciszej od swych poprzedniczek. www.biomasa.org/edukacja

Ograniczanie wpływu hałasu na człowieka Ponieważ polskie prawo wymaga, by poziom hałasu w porze nocnej na obszarach zabudowy jednorodzinnej i terenach wypoczynkowo-rekreacyjnych poza miastem nie przekraczał 40 decybeli, elektrownie wiatrowe lokalizuje się w odległości minimum 500 m od zabudowy mieszkaniowej. Dużo zalet mają zwłaszcza farmy wiatrowe budowane na morzu, a zatem na obszarze o najniższej klasie szorstkości. Dlatego instalacje z wybrzeży Bałtyku i Morza Północnego są coraz częściej przenoszone na przybrzeżne wody morskie. www.biomasa.org/edukacja

Zagrożenie dla ptaków Kolejnym problemem, związanym z budową elektrowni wiatrowych jest zagrożenie, jakie ich praca stwarza dla ptaków, które lecąc mogą wejść w kolizję z turbiną. Mówiąc o tym niebezpieczeństwie trzeba jednak pamiętać, że o wiele większym zagrożeniem dla ptaków jest energetyka konwencjonalna. Każdego roku miliony ptaków giną, wchodząc w kolizję z konwencjonalnymi elektrowniami, platformami wiertniczymi czy napowietrznymi liniami energetycznymi. Na Florydzie konwencjonalna elektrownia uśmierciła 3000 migrujących ptaków w ciągu jednej nocy. www.biomasa.org/edukacja

Neutralizowanie zagrożenia dla ptaków zagrożenie, jakim są dla ptaków turbiny wiatrowe jest tym większe, że elektrownie wiatrowe lokalizuje się często w miejscach występowania prądów powietrznych, wykorzystywanych także przez migrujące ptaki, by zmniejszyć śmiertelność ptaków, stosuje się specjalne oznakowanie, zwiększające widoczność elektrowni, a nowe elektrownie buduje się z dala od tras migracyjnych ptaków, na etapie badań jest wykorzystanie sygnałów radiowych, których emisja mogłaby odstraszać ptaki www.biomasa.org/edukacja

Czy w Polsce powinny powstawać farmy wiatrowe? Energetyka odnawialna zyskuje na popularności. Do rozbudowy tego sektora zmuszają nas malejące zasoby paliw kopalnych i nasilające się zmiany klimatyczne. Zwiększenia produkcji energii ze źródeł odnawialnych wymagają też od Polski podpisane umowy międzynarodowe, w tym dokumenty Unii Europejskiej. Czy w tych warunkach należy stawiać na rozwój energetyki wiatrowej? Czy korzyści, wynikające z wykorzystania energii wiatru przeważają nad negatywnymi stronami budowy elektrowni wiatrowych? www.biomasa.org/edukacja Courtesy of DOE/NREL