Chcesz postawić wiatrak w gospodarstwie? Zbadaj te uwarunkowania

Źródło: Adobe stock

Bezsporną zaletą turbin wiatrowych jest na pewno mała powierzchnia działki potrzebna na usytuowanie odpowiedniego masztu - w porównaniu z powierzchnią, jakiej wymaga instalacja fotowoltaiczna. Jednak decyzja o posadowieniu  wiatraka powinna być bardzo mocno i dokładnie przemyślana, i przede wszystkim poprzedzona precyzyjnie wykonywanymi pomiarami wietrzności danego obszaru

Gospodarstwo rolne charakteryzuje się bardzo dużym zapotrzebowaniem na energię. Mowa tutaj zarówno o energii cieplnej, jak i energii elektrycznej. Olbrzymie ilości energii również należy przeznaczyć na przygotowanie pasz, zapewnienie odpowiedniego mikroklimatu zwierzętom inwentarskim, szczególnie trzodzie chlewnej, podgrzewanie wody do pojenia młodych osobników, oświetlenia budynków inwentarskich itp..
Odnawialne źródła energii - czyli takie które korzystają z zasobów naturalnych, takie jak słońce, wiatr, geotermia, grawitacja są faktycznie dostępne i mogą zapewnić sporą ilość  tańszego prądu czy ciepła. Do źródeł energii odnawialnych i urządzeń głównie wykorzystywanych - ostatnimi latami zalicza się przede wszystkim kolektory cieczowe, panele fotowoltaiczne, pompy ciepła, biogazownie i turbiny powietrzne - zwane potocznie wiatrakami.

Kilka lat dynamicznie rozwijającego się rynku fotowoltaicznego wykazało potworne braki wiedzy - zarówno technicznej, jak i prawnej u większości czy też wielu wykonawców instalacji fotowoltaicznych.  A to skutkuje olbrzymią ilością pozwów i spraw kierowanych do sądów ze strony niezadowolonych prosumentów. Autor poniższego artykułu - jako audytor oraz ekspert wpisany na listę biegłych sądowych w dziedzinie odnawialnych źródeł energii w specjalności, zajmujący się na co dzień wykonywaniem opinii i ekspertyz niedziałających lub wadliwie wykonanych instalacji fotowoltaicznych – potwierdza, iż nieporządnie, niesolidnie wykonane instalacje fotowoltaiczne zagrażające zarówno zdrowiu, jak i życiu mieszkańców, nie licząc niespełnionych oczekiwań w kwestii sprawności energetycznej, są codziennością. Turbiny wiatrowe jako jeden z coraz częściej pojawiających się elementów naszego krajobrazu mogących dostarczyć energię elektryczną uzyskaną z konwersji energii mechanicznej wiatru również zaczynają się coraz częściej i gęściej pojawiać w naszym otoczeniu, wywołując różnego typu emocje.

Zalety turbin wiatrowych

W opinii autora niniejszego artykułu problematyka związana z prawidłowym zaprojektowaniem, montażem i wyborem lokalizacji oraz eksploatacją turbin wiatrowych jest jeszcze szersza, aniżeli ta towarzysząca instalacjom fotowoltaicznym. Bezsporną zaletą turbin wiatrowych jest na pewno mała powierzchnia działki potrzebna na usytuowanie odpowiedniego masztu - w porównaniu z powierzchnią, jakiej wymaga instalacja fotowoltaiczna.
Kolejną zaletą turbin wiatrowych jest to, że mogą one pracować niezależnie od pory dnia - to znaczy wiatr może generować prąd zarówno w dzień, jak i w nocy.  Podobnie się ma w kwestii pór roku - wiatry mogą być sprzyjające produkcji energii zarówno zimą, latem jesienią lub wiosną. Na tym tle instalacja fotowoltaiczna wyglądać mogłaby mizernie dlatego, że może pracować tylko w dzień i praktycznie tylko latem - okres wiosenno-jesienny jest już na pewno okresem nie do końca stuprocentowo sprawnym.

W których regionach Polski wiatry sprzyjają postawieniu turbiny?

Trzeba jednak od razu uczciwie w tym miejscu zaznaczyć, że Polska jako dość rozległy kraj nie zupełnie w całej powierzchni jest sprzyjającym miejscem do stawiania turbin wiatrowych. Najkorzystniejszymi obszarami jest oczywiście północ Polski - począwszy od przylądka Rozewie, Pobrzeże Słowińskie – od Świnoujścia do Helu i część Suwalszczyzny. Średnie warunki natomiast pod względem wietrzności to: Nizina Mazowiecka, Beskid Śląski, Beskid Żywiecki, wschodnia cześć Kotliny Sandomierskiej. Jednak aby zdecydować się na posadowienie turbiny wiatrowej, należy podchodzić do każdego wiatraka i każdej farmy indywidualnie, dlatego że każde miejsce na powierzchni ziemi cechować się może zupełnie innymi warunkami sprzyjającymi lub też niesprzyjającymi osiągnięciu odpowiednich parametrów wiejącego wiatru. Dlatego też decyzja o posadowieniu turbiny wiatrowej powinna być bardzo mocno i dokładnie przemyślana i przede wszystkim poprzedzona precyzyjnie wykonywanymi pomiarami wietrzności danego obszaru. Do takich parametrów mających wpływ na sprawność turbiny wiatrowej zaliczane są  przede wszystkim: tak zwana szorstkość terenu, kierunek wiatru i jego siła wynikająca z prędkości wiatru.

Co ma wpływ na działanie turbin wiatrowych?

Szorstkość terenu oznacza się i określa jako stopień oraz ilość i wielkość elementów mogących zakłócać poziomy przepływ mas powietrza przy powierzchni ziemi w obszarze działania turbin. Mogą nimi być: kominy, budynki, drzewa, pagórki, anteny RTV itp. W tabeli 1 przedstawiono wykaz klas szorstkości terenu. Oczywiście najkorzystniej jest, aby miejsce posadowienia turbiny posiadało jak najniższą klasę szorstkości. Natomiast kierunek i prędkość wiatru niestety należy oszacować i ustalić najlepiej drogą pomiarową. Oczywiście są dostępne pewne ogólne wytyczne, co do konkretnych obszarów, wskazujące, jakie wiatry, z której strony i z jaką prędkością mogą wiać, natomiast - jak autor wspomniał wcześniej - bardzo szczegółowe i indywidualne podejście każdego z gospodarstw daje szansę na popełnienie jak najmniej w tej kwestii błędów. Aby turbina wiatrowa o określonej mocy mogła osiągnąć swoją optymalną sprawność, musimy mieć do czynienia z odpowiednią prędkością wiatru w danym miejscu. Bardzo często zdarza się, że turbina wiatrowa obraca się, widać ją w ruchu, natomiast wcale to nie oznacza, że produkuje ona optymalną ilość energii elektrycznej, ponieważ moc chwilowa takiej prądnicy będzie zależała od prędkości wiatru.

Rodzaje turbin wiatrowych

Rynek oferuje wiele typów turbin wiatrowych, ale główny podział można przeprowadzić na turbiny o pionowej osi obrotu i na o poziomej osi obrotu. Turbiny o pionowej osi obrotu charakteryzują się przede wszystkim o wiele cichszą pracą, nie generują infradźwięków i bardzo nieprzyjemnego szumu towarzyszącego pracy łopat wirnika wiatraków z poziomą osią obrotu - czyli tymi najbardziej tradycyjnie widzianymi w naszym krajobrazie.
Są również niepodatne na gwałtowną zmianę kierunku nacierającego wiatru. Natomiast ich sprawność w porównaniu z wiatrakami o poziomej osi obrotu w tej samej mocy jest o wiele niższa i przede wszystkim są one droższe. Główną wadą turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu jest przede wszystkim generowanie infradźwięków oraz występowanie tak zwanego zjawiska efektu migotania cienia, który na łamach fachowej literatury już wielokrotnie był przedstawiany i omawiany jako zjawisko niekorzystne dla ludzi. Emisja poziomu hałasu, która jest wyższa przy wiatrakach o poziomej osi obrotu sprawia, że właściciel takiego wiatraka powinien liczyć się z faktem umieszczenia i ustabilizowania turbiny w odpowiedniej odległości od granicy działki sąsiada. Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu nie mają tych problemów.

Niebezpieczne oblodzenie turbin

Kolejną kwestią na którą należy zwrócić uwagę - a rzadko kto ma tego świadomość - jest fakt, iż w okresie zimowym może mieć miejsce oblodzenie łopat turbin wiatrowych. Szczególnie autor mówi tutaj o mikroturbinach przydomowych. Nie wszystkie turbiny wiatrowe są przez producentów wyposażone w systemiy odmrażające łopaty wirnika. Trzeba mieć świadomość iż odrywający się przy dużej prędkości kawałek lodu od łopaty wirnika może być miotany na znaczne odległości od jego posadowienia. Dlatego trzeba mieć na uwadze, iż nieprzewidywalny jest miejsce ewentualnego upadku takiego kawałka czy bryłki lodu oderwanego od łopaty wirnika.

Sprzedać prąd czy magazynować?

Jednak najistotniejszą kwestią jest jednak produkcja energii elektrycznej i sprawność oraz wydajność turbiny wiatrowej. Zależy ona przede wszystkim w głównej mierze od prędkości i siły wiatru. W Polsce dominują zazwyczaj wiatry zachodnie, a intensywność ich  przypada w dominującym obszarze na okres od późnej jesieni poprzez zimę do wczesnej wiosny. Daje to całkiem ciekawe rozwiązanie i pozytywne mogące być bardzo atrakcyjnym rozwiązaniem i uzupełnieniem instalacji fotowoltaicznej która akurat w okresie zimowym pracuje z bardzo minimalną i wydajnością albo wcale. Wtedy dobrze zaprojektowana wykonana farma wiatrowa albo pojedyncza turbina może uzupełniać te braki energii elektrycznej nie generowane przez instalację fotowoltaiczną. Kolejna sprawa, którą warto byłoby poruszyć, to: co zrobić z wyprodukowaną energią elektryczną przez turbinę wiatrową? Turbina wiatrowa może być traktowana jako instalacja prosumencka to znaczy - poprzez falownik wprowadzona do zewnętrznej sieci elektroenergetycznej i w ten sposób pracować na bardzo podobnych zasadach pod względem technicznym jak fotowoltaika w systemie ongrid. Drugim rozwiązaniem jest oczywiście magazynowanie energii elektrycznej w akumulatorach u klienta i właściciela takiej turbinki wiatrowej z możliwością wykorzystania tego prądu na własne potrzeby bez konieczności podłączania się do sieci. Mamy wtedy do czynienia z instalacją offgrid zwaną również autonomiczną lub wyspową. Oczywiście bardzo ważnym elementem i podzespołem jest tutaj falownik czy też zwany inaczej regulator napięcia. Można również zaznaczyć, że dostępne są również rozwiązania hybrydowe. Polegają one na tym, że generowany przez prądnicę turbiny wiatrowej prąd elektryczny wprowadzany jest najpierw do akumulatorów znajdujących się w gospodarstwie, a po ich całkowitym zapełnieniu, falownik automatycznie przełącza system na ongrid i wyprowadza energię elektryczną do sieci.