Egzamin -energia wiatru

1. Co to jest wiatr i jak powstaje?

To ruchy powietrza wynikające z rotacji kuli ziemskiej, nierównomiernego nagrzewania przez Słońce dużych obszarów pow. Ziemi oraz zróżnicowanej absorpcji promieniowania słonecznego przez ląd i morze.

W zależności od swych aktualnych właściwości fizycznych, masy powietrza odpowiednio wznoszą się i opadają. Jest to wynikiem posiadania przez nie różnej gęstości oraz temperatury, zmiennej zależnie od nagrzewania się lub ich schładzania. Efekt takiego przemieszczania się warstw powietrza, zawierającego drobiny o określonych wartościach, energię kinetyczną, potencjalną oraz masę, obserwowany oraz odczuwany jest jako wiatr.

Istotne znaczenie w powstawaniu wiatru mają zalegające większość pow. Palnety zbiorniki ciepła- oceany, morza, wody śródlądowe.

2. Co to jest róża wiatrów- narysować i opisać.

Obrazuje rozkład prawdopodobieństwa siły i kierunku wiatru wiejącego na danym terenie. W energetyce wiatrowej przyjęto używać 12 sektorowej, dzielącej horyzont co 30st. Promień wypełnienia poszczególnych sektorów, obrazuje jak często z danego kierunku wieje wiatr. Wynik jest normalizowany do 100%.

Na dzisiejszych mapach morskich zamiast historycznych "róż kompasowych" bywają umieszczane "róże wiatrów" - w znaczeniu współczesnym. Mapy dla Atlantyku i Pacyfiku pokazują rozkład wiatrów na obszarze około pięciostopniowym (trzysta mil kwadratowych) dla każdego miesiąca w roku. Strzałki pokazują kierunek wiatru, a liczby wskazują jego siłę (w skali wiatru według Beauforta). Procent czasu, w którym wieje wiatr z jakiegoś kierunku, jest mierzony długością wyskalowanej strzałki. Poza statystykami kierunków i prędkości wiatrów opracowuje się statystyki stanów pionowej równowagi, związanych z wymianą masy i ciepła w słupie atmosfery nad określonym obszarem (np. szybkość prądów wznoszących i opadających lub zjawiska inwersji). Takie statystyki są wykorzystywane np. w czasie tworzenia modeli zmian klimatu Ziemi, przy projektowaniu lotnisk lub farm energetyki wiatrowej oraz w procesach zarządzania ochroną środowiska. Wyodrębniono 12 kierunków wiatru, 11 klas prędkości: ū = 1, 2, 3, ... 11 m/s (dla ū < 1 lub > 11m/s zakłada się ū = 1 lub 11m/s) i sześć stanów równowagi atmosfery, którym przypisano następujące wartości wykładnika meteorologicznego:

3.Wymienić i scharakteryzować typy wiatraków występujące na ziemiach polskich

Typy wiatraków (wg konstrukcji)

- koźlak
- holenderski
- paltrak
- wiatrak sokólski
- wiatrak czerpakowy

wiatrak koźlak

• Wiatrak koźlak posiadał trzy kondygnacje: kondygnacja dolna była wyłączona z użytkowania, jako że była zajęta przez konstrukcję kozła, zaś na kondygnacji środkowej i górnej odbywała się produkcja mąki. Mechanizm mielący zboże, a więc złożenie kamieni młyńskich, znajdował się na III kondygnacji. Napęd urządzeń młyńskich odbywał się za pomocą drewnianego wału skrzydłowego i osadzonego na nim koła palecznego, którego średnica dochodziła do 4 m. Wszystkie mechanizmy i przekładnie wykonane były z elementów drewnianych łączonych ze sobą bez użycia stali. Tak więc dawniej młynarz musiał być także wytrawnym cieślą. wiatrak holenderski (wieżowy)

• Wiatrak holenderski

• W wieku XVII zostaje wprowadzony w Europie nowy typ wiatraka o nieruchomym korpusie, oraz spoczywającą na nim obracalną bryłą dachu o podstawie kołowej obracającą się na łożysku posadowionym na oczepie wieńczącym ściany u góry. Zdolność obrotu "czapy" dachu o 360 stopni pozwalała na ustawianie powierzchni skrzydeł prostopadle do kierunku wiatru.

• partlak

Wiatrak partlak zwany również rolkowym posiadał cechy wspólne zarówno z młynem kozłowym, jak i z holenderskim. Bryłą przypominał koźlaka (ścięty ostrosłup na planie prostokąta w proporcjach zbliżonego do kwadratu, dach dwuspadowy z naczółkiem od strony skrzydeł), zaś zasada obrotu budynku skrzydłami do kierunku wiatru zapożyczona została z holendra, z tym że płaszczyzna obrotu znajdowała się tutaj nisko, jak najbliżej terenu. W ten sposób cały budynek powyżej podmurówki był obracalny, a jego podstawę stanowiło łożysko kołowe (drewniany korpus paltraka spoczywał na specjalnych metalowych rolkach, które toczyły się po okrągłym torze jezdnym).

sokólskimi"

Stożek ten zwany kopcem, wykonany z polnych kamieni i cementowo-wapiennej zaprawy, pełnił funkcję podpory obrotowej młyna. W jego osi wmurowany jest słup,zwany sztembrem, na którym wspiera się budowla sięgająca drugiego piętra. Tak zbudowane wiatraki występują w Polsce na bardzo ograniczonym obszarze (w trójkącie między Sokółką, Kuźnicą Białostocką i Krynkami), dlatego wydzielone zostały w osobną grupę i nazwane wiatrakami "sokólskimi". wiatraki turbinowe

• wiatraki turbinowe

Wiatraki turbinowe to szczególny rodzaj młynów wietrznych. Zbudowane są z nieruchomego budynku posadowionego na stałe, posiadające koło wiatrowe lub turbinę osadzoną na niewysokim maszcie ustawiane do kierunku wiatru. Drewniany budynek z dwuspadowym dachem posiadał do kilku m2 powierzchni.

4. Wymienić i scharakteryzować rodzaje turbin wiatrowych

O poziomej lub pionowej osi obrotu.

Rodzaje turbin: darrieus, dwupłatowy, monopter, wiatrak tzw. Amerykański, wiatrak grecki, derrieus klasyczny.

1. O poziomej osi obrotu

- ukł klasyczny- można tak nazwać układ turbiny, która posiada tradycyjne śmigło o ilości łopat zależnej od wizji projektanta. Układy te są zwykle trójpłatowe, choć spotyka się nawet 2 i 1 łopatowe wirniki.

2. o pionowej osi obrotu

- nie są popularne, praktycznie zerowy moment startowy- konieczne jest wstępne napędzenie.

-derrieus opatentował wirnik, który jest obecnie nazywany od jego nazwiska.

- inną odmianą derrieusa jes H-darrieusa o kształcie litery H. ( nie wiele wiadomo o komercyjnym zastosowaniu)

- o pionowej osi obrotu- VAWT- wg danych umieszczonych w laboratorium aerodynamicznego uniwersytetu w Saratowie opisany jest wiatrak tego typu. Daje on podobno 1,5 kW

(istnieją „wariacje” na temat tej turbiny np. :świderkowe”)

3. Wiatraki wyposażone w dyfuzor

5.Porównanie krzywej mocy wiatru i elektrowni wiatrowej - narysować i opisać.

Krzywa mocy elektrowni wiatrowej to graficzne zobrazowanie zmiany wartości produkcji energii elektrycznej [kW] w funkcji prędkości wiatru [m/s].

Ponieważ wyjściowa moc generowana przez elektrownie wiatrową zależna jest od prędkości wiatru, krzywa mocy przedstawia wzajemne powiązania i zależności wytwarzanej mocy i prędkości wiatru. Idealna krzywa mocy dla turbiny wiatrowej jest stroma i swoje maksimum osiąga przy stosunkowo jak najniższej wartości prędkości wiatru. Na podstawie krzywej mocy elektrowni możemy ustalić na podstawie średnich wartości prędkości wiatru produkcję mocy z danej elektrowni wiatrowej.

 

2. Charakterystyka krzywej mocy elektrowni wiatrowej.

 

Krzywa mocy dla turbiny Bonus 1MW / krzywa wygenerowana przez program WAsP/

Krzywa mocy zależy od rozwiązań konstrukcyjnych turbiny, od rodzaju mechaniki zastosowanej, typu turbiny, rodzaju płatów wirnika, systemu regulacji itp.
Powiązanie zmienności prędkości wiatru do mocy generowanej przez elektrownię wiatrową określane przez krzywą mocy posiada kilka charakterystycznych punktów :

• Punkt startu (cut on) w punkcie tym wiatr ma prędkość powodującą obracanie się łopat wirnika i wystąpienie na wale momentu mechanicznego. Zależnie od rodzaju turbiny w punkcie startu wiatr ma wartość prędkości od około od 3 m/s do 5 m/s.

• Punkt wyłączenia (cut off) jest to prędkość, przy której następuje zatrzymanie turbiny ze względu na zagrożenie mechaniczne konstrukcji. Punkt wyłączenia ma wartość z przedziału od 23 do 27 m/s

• Punkt prędkości znamionowej jest to prędkość wiatru, przy której turbina osiąga swoją moc znamionową. Zazwyczaj jest to prędkość z zakresu od 11 do 16 m/s.

6.Co oznaczają pojęcia moment startowy, prędkość nominalna. Co determinuje moment startowy elektrowni

Ze względów ekonomicznych wykorzystuje się przedziały prędkości wiatru od 3-4 m/s do 25-

30m/s. Przy prędkości powyżej 30 m/s zespoły ze względu bezpieczeństwa (możliwe

uszkodzenia mechaniczne urządzeń) są automatycznie wyłączone -> wiatry użyteczne

energetycznie.

7. Problemy związane z wykorzystaniem morskich zasobów wiatru. Wady i zalety ich wykorzystania

Morskie farmy wiatrowe posiadają szereg zalet ale także sporo wad. Mimo utrudnień związanych z wykorzystaniem morskich turbin wiatrowych, to właśnie w nich upatruje się przyszłość energetyki wiatrowej. Na dzień dzisiejszy budowa morskiej farmy wiatrowej jest od 30 do 50 % droższa od inwestycji lądowej.
W budowie farm wiatrowych bardzo ważny jest także aspekt ekologiczny by nie zaburzyć ekosystemu wodnego w miejscu lokalizacji. Dokłada się wszelkich starań by nie lokować farm morksich na trasach przelotów ptaków wędrownych. Stosuje się także zwiększone zabezpieczenia by uniknąć wypływu oleju z elementów mechanicznych do morza w przypadku awarii.

Wady

• większe trudności w dostępności obiektu

• znacznie większe koszty fundamentowania i połączenia z siecią przesyłową morskiej elektrowni wiatrowej

• znacznie droższe konserwacje i obsługi

• konieczność ograniczenia do minimum czynności związanych z utrzymaniem siłowni morskich z powodu wysokich kosztów

• zastosowanie "niezawodnej" konstrukcji turbiny by ograniczyć ich serwis i wymianę części

• wysoko korozyjne i erozyjne środowisko morskie wymaga środków zabezpieczających fundamenty i konstrukcję elektrowni, nie mogą być one szkodliwe dla środowiska

Zalety

• wiatr na morzu ma większą stabilność dając bardziej efektywne wykorzystanie turbiny

• siła wiatr na morzu jest większa na niższej wysokości, co umożliwia użycie niższych wież

• siła wiatru rośnie w miarę oddalania się od brzegu

• morze daje więcej przestrzeni do lokalizacji farm wiatrowych

• morskie farmy wiatrowe nie powodują "dewastacji" krajobrazu oraz nie stanowią problemu z hałasem

• w etapie budowy większa liczba miejsc pracy niż ma to miejsce w inwestycjach na lądzie

• pozytywny wpływ na środowisko naturalne z powodu uniknięcia emisji zanieczyszczeń

8.Porównanie wykorzystania morskich i lądowych zasobów wiatru

Siła wiatru na morzu jest zwykle większa niż na lądzie, z czym wiąże się wyższy potencjał wytwarzania energii elektrycznej. Jednak obciążenie sprzętu spowodowane wiatrem, falami, słoną wodą i lodem również jest większe. Trudniejsze jest również wykonywanie instalacji i prac serwisowych na morzu, a odległość od brzegu wymaga stosowania specjalnych reguł dotyczących podłączenia do sieci. Szybki rozwój morskich elektrowni wiatrowych przyczynia się do wzrostu zapotrzebowania na nowe, wysoko wydajne sieci elektryczne.  

W Polsce największe zasoby wiatru znajdują się w Tatrach, Karkonoszach i na wybrzeżu Bałtyku. Ale nawet na obszarze Polski centralnej siła wiatru w ok. 40% ma prędkość od 10km/h do 60 km/h. Im wyżej tym wiatr jest silniejszy (wzrasta jego prędkość).

9.Zasady wznoszenia masztu pomiarowego

Najważniejsze zasady dotyczące wznoszenia masztu pomiarowego.

A. Wiatromierze muszą być bezwzględnie zainstalowane pionowo (nawet najmniejsze odchylenia od pionu prowadzą do rejestracji błędnych danych).
B. Wiatromierze utrzymywane muszą być przez wysięgnik w takiej odległości od masztu, aby nie znajdowały się w strefie zaburzonego przepływu powietrza jednocześnie gwarantując ich stabilność.
C. Wiatromierz górny powinien być umiejscowiony centralnie na szczycie masztu pomiarowego, tak by powietrze opływało go bez przeszkód z każdego kierunku.

D. Końcówka masztu o długości minimum 0,5 m powinna mieć średnicę zbliżoną do obudowy wiatromierza i odpowiadać warunkom w jakich dokonywano kalibracji w tunelu aerodynamicznym. W pobliżu powinien być zainstalowany jedynie odgromnik.

E. Drugi i trzeci wiatromierz, przytwierdzony jest do końca pionowej rurki umocowanej na wysięgniku. Znajduje się on w odległości od 30 do 60 cm nad ramieniem wysięgnika.

F. Anemometr powinien być tak zorientowany, by tworzyć kąt 45 stopni w stosunku do oczekiwanego kierunku głównego wiatru. W przypadku konstrukcji rurowej długość wysięgnika powinna być 7 razy większa od średnicy masztu. Stosując maszt kratownicowy ramię wysięgnika powinno mieć długość około 1 m.
G. Wiatromierz kierunkowy powinien być mocowany najwyżej, ale co najmniej 1,5 m poniżej górnego wiatromierza czaszowego.

H. Odgromnik o grubości 2 cm oddalony jest od wiatromierza czaszowego o 50 cm. Powinien przewyższać anemometr o tyle, by linia łącząca wierzchołki obu elementów tworzyła z masztem kąt mniejszy niż 60 stopni.

I. Przewody pomiarowe powinny być prowadzone wewnątrz masztu.

10.Na co należy zwracać uwagę przy wyborze czujników pomiarowych i ich instalowaniu

Dobór czujników oraz ich właściwa instalacja są bardzo ważnym elementem procedury pomiaru wiatru. Chodzi z jednej strony wybór czujników wysokiej jakości, gwarantujących dostatecznie pewny pomiar, z drugiej natomiast - o wykluczenie błędów  pomiarowych wynikających z interferencji między czujnikami a elementami mocowania, trzonu masztu, odciągów itp.
Ważne jest więc, aby czujniki mocowane były na niezależnych i dostatecznie długich wspornikach, czujnik na szczycie był wyniesiony dostatecznie powyżej trzonu masztu, a osie czujnika prędkości i kierunku zamocowana była ściśle pionowo

11.Scharakteryzować lądowe zasoby wiatru na świecie.

Powyższa mapa przedstawia średnioroczny rozkład prędkości wiatru na wysokości 50 m. Mapę opracowano na podstawie danych z satelity GEOS-1. Kolorami oznaczono przedziały prędkości wiatru. Obszary z dominacją prędkości wiatru o wartości 7 m/s i więcej są z ekonomicznego punktu widzenia warte eksploatacji pod kątem energetyki wiatrowej. Na mapie są to tereny o kolorach pomarańczowym, różowym, czerwonym i brązowym.
Na wielu terenech lądowych obszary o przeważającej prędkości 6m/s są ekonomicznie realne do wykonania tam instalacji wiatrowych.
Łatwo zauważyć, ze największe zasoby wiatru nadające się do wykorzystania są nad oceanami i morzami oraz w głębi kontynentów - na mapie oznaczone kolorem żółtym.

Pełne opracowanie tej mapy oraz więcej danych znajduje się na stronach NASA.

12. Scharakteryzować morskie zasoby wiatru na świecie.

13. Scharakteryzować rynki energetyki wiatrowej w krajach należących do liderów w wykorzystaniu energii wiatru

Region	Moc zainstalowana w roku 2005 [MW]	Moc zainstalowana w roku 2004 [MW]
Europa	40.932	34.758
Afryka	252	240
Ameryka Pn. i Pd.	10.036	7.367
Azja	7.022	4.759
Australia i Oceania	740	547
Świat	58.982	47.671

Liderzy rynku energetyki wiatrowej
Zdecydowanymi liderami rynku energetyki wiatrowej wciąż pozostają Niemcy i Hiszpania (tab. 1), w których w roku 2006 zainstalowano odpowiednio 2233 MW i 1587 MW. O dominacji tych dwóch krajów świadczy fakt, że w chwili obecnej na ich terenie zainstalowane jest 67% mocy całej UE (rys. 3). Jednak w ostatnich latach można było zauważyć, że na rynku pojawili się nowi gracze (Portugalia, Włochy, Francja i Wielka Brytania). W roku 2009 na świecie zainstalowano 35 GW nowej mocy w energetyce wiatrowej. Moc całkowita w instalacjach generujących energię elektryczną z wiatru osiągnęła 158 GW, co daje 31% wzrost do roku 2008. Największy przyrost mocy na świecie odnotowały Chiny i USA wyprzedając kraje Unii Europejskiej. Łączna moc zainstalowana w energetyce wiatrowej w Unii Europejskiej wynosiła na koniec 2009 r. 74.767 MW wobec 64.719 MW na koniec 2008r. Największą zainstalowaną moc mają Niemcy przed Hiszpanią, Włochami, Francją i W. Brytanią. Polska, mimo iż posiada wysoki potencjał rozwoju, na koniec roku 2009, zainstalowanych zostało jedynie 800 MW mocy w energetyce wiatrowej, pozostawiając Polskę daleko w tyle za europejskimi liderami

14.Scharakteryzować budowę siłowni wiatrowej i opisać zasadę jej działania

Uproszczony schemat budowy typowej siłowni wiatrowej dla energetyki zawodowej.

Elektrownia wiatrowa składa się z wirnika i gondoli umieszczonych na wieży. Najważniejszą częścią elektrowni wiatrowej jest wirnik, w którym dokonuje się zamiana energii wiatru na energię mechaniczną. Osadzony jest on na wale, poprzez który napędzany jest generator. Wirnik obraca się najczęściej z prędkością 15-20 obr/min, natomiast typowy generator asynchroniczny wytwarza energię elektryczną przy prędkości ponad 1500 obr/min. W związku z tym niezbędne jest użycie skrzyni przekładniowej, w której dokonuje się zwiększenie prędkości obrotowej. Najczęściej spotyka się wirniki trójpłatowe, zbudowane z włókna szklanego wzmocnionego poliestrem. W piaście wirnika umieszczony jest serwomechanizm pozwalający na ustawienie kąta nachylenia łopat (skoku). Gondola musi mieć możliwość obracania się o 360 stopni, aby zawsze można ustawić ją pod wiatr. W związku z tym na szczycie wieży zainstalowany jest silnik, który poprzez przekładnię zębatą może ją obracać. W elektrowniach małej mocy, gdzie masa gondoli jest stosunkowo mała, jej ustawienie pod wiatr zapewnia ster kierunkowy zintegrowany z gondolą. Pracą mechanizmu ustawienia łopat, i kierunkowania elektrowni zarządza układ mikroprocesorowy na podstawie danych wejściowych (np. prędkości i kierunku wiatru). Ponadto w gondoli znajdują się: transformator, łożyska, układy smarowania oraz hamulec zapewniający zatrzymanie wirnika w sytuacjach awaryjnych.

Zasada działania

Napływający na łopaty strumień powietrza wywołuje jego ruch obrotowy wirnika. Obracający się wirnik, przekazuje energię do przekładni w której następuje wzrost wartości prędkości obrotowej przekazywanej przez generator. Generator, czesto nazywamy prądnicą, przetwarza energię mechaniczną na energię elektryczną, która przewodami zostaje odprowadzona do odbiorników.
Ster kierunkowy pozwala na utzymanie całego wirnika w odpowiednim położeniu względem wiatru. cała konstrukcja spoczywa na stalowej wieży zakotwionej przez fundament w gruncie.

15.Ograniczenia przyrodnicze lokalizacji siłowni wiatrowych

Elektrownie wiatrowe mogą powodować następujące uciążliwości dla otoczenia:

• Zakłócenia wizualne krajobrazu,- Farmy wiatrowe jak i pojedyncze elektrownie wiatrowe są łatwo zauważalne i wywierają wpływ na otaczający krajobraz

• Zagrożenia klimatu akustycznego poprzez hałas elementów mechanicznych i pracę wirnika,- .- praca siłowni wiatrowych jest stosunkowo cicha,farma wiatrowa z odległości 300 m nie jest głośniejsza od pracy domowej lodówki, poziom hałasu jest wielkości 40 dB. W odległości 200 m od turbiny Vestas o mocy 1000 kW hałas jest na poziomie około 45 - 65 dB i odpowiada poziomowi hałasu w domu czy biurze

• Zagrożenia dla przelatujących ptaków, które mogą nie zauważyć przeszkody,- Może się zdarzyć, że lecący ptak mając na kursie lotu turbinę,nie ominie jej i w nią uderzy. Raporty i badania ekspertów podają różne statystyki, ale wszystkie jednoznacznie wskazują na znikomy wpływelektrowni wiatrowych na ptak

• Zakłócenia sygnałów radiowych i telewizyjnych.

Podsumowując, inwestor zmusozny jest do analizowania każdego potencjalnego terenu pod budowę elektrowni wiatrowych pod względem emisji hałasu, wpływu budowy i eksploatacji elektrowni na środowisko naturalne, sezonowych tras ptaków wędrownych. Odpowiednia, dobrze przemyślana i dokładnie przeanalizowana lokalizacja pozwala w bradzo dużym stopniu zredukować negatywne oddziaływanie aeroenergetyki na środowisko oraz ludzi

16.Stan wykorzystania energii wiatru w Polsce- istniejące elektrownie wiatrowe.

W Polsce działa obecnie 58 elektrowni wiatrowych o łącznej mocy 58 MW, są to elektrownie podłączone do sieci, oprócz tego mamy na terenie naszego kraju elektrownie wiatrowe o mocy mniejszej niż 1MW, które nie wymagają koncesji a czasem nawet pozwolenia na budowę.

1991 Lisewo

1991 Swarzewo o mocy 95 kW z Gdańska.

1994 Rytro Pojedyncza 160kW-atowa elektrownia wiatrowa EW-160

1995 Zawoja 160 kW
1995 Wrocki o mocy 160 kW użytkowana prywatnie, całkowicie prywatna inwestycja,
1996 Kwilicz Gminna elektrownia wiatrowa o mocy 160 kW
1997 Słup Elektrownia 160 kW użytkowana przez gminę
1997 Rembertów Pojedyncza turbina wiatrowa LW-250 o mocy 250 kW firmy
1997 Starobieninio o mocy 250 kW
1997 Swarzewo Dwie elektrownie wiatrowe typu TW-600 o łącznej mocy 1,2MW
1999 Cisowo 5 siłowni wiatrowych o łącznej mocy 660kW.
2000 Rymanów 2 elektrownie wiatrowe o mocy 160 kW każda,
2000 WróblikSzlachecki 2 elektrownie wiatrowe o łącznej mocy 320 kW
2000 Nowogard Pojedyncza elektrownia wiatrowa o mocy 255 kW
2001 Barzowice Farma o mocy ponad 5 MW zbudowana z 6 turbin wiatrowych o mocy 850kW każda, wysokość wieży elektrowni : 86 m, średnica wirnika : 52 m a jego powierzchnia 2122 m kwadratowych.
2001 Cisowo 9 siłowni wiatrowych o łącznej mocy całej farmy 18 MW. Moc pojedynczej turbiny : 2MW, roczna produkcja energii na poziomie 41000MWh

2003 Zagórze Największa w Poslce farma wiatrowa zbudowana z 15 turbin fitmy Vestas typu V80 o mocy 2MW każda, użytkowana przez duńską firmę Elsam A/S

Tymień 25 turbin o mocy 25x2000 MW = 50 000MW,

17.Zasoby wiatru w Polsce- rozkład, porównanie z innymi krajami europejskimi

Na obszarze Polski uprzywilejowanymi rejonami pod względem zasobów energii wiatru są:

• środkowe, najbardziej wysunięte na północ części wybrzeża od Koszalina po Hel,

• Wyspa Uznam,

• Suwalszczyzna,

• środkowa Wielkopolska i Mazowsze,

• dolina Sanu od granic państwa po Sandomierz.

• Beskid Śląski i Żywiecki,

• Bieszczady i Pogórze Dynowskie.

w roku 2007 łączna moc zainstalowana w turbinach wiatrowych na świecie wynosi ponad 60 000 MW.

18.Opisać wpływ energetyki wiatrowej na środowisko

Emisje uniknione poprzez wykorzystanie energii wiatru do produkcji 1 TWh energii elektrycznej to około:
5 500 ton SO₂ , 4 222 ton NO_x , 49 000 ton pyłów i żużlu, 700 000 ton CO₂ .Według oszacowań z 1995 roku wytworzenie 1 MW energii w elektrowni zawodowej przynosi straty ekologiczne o wartości 133 PLN (ceny także z 1995 roku). Zatem przykładowa farma wiatrowa o mocy 12 MW przy średniej rocznej produkcji rzędu 30 tys. MWh przyniesie oszczędności około 4 389 000 PLN. Przeciętna żywotność siłowni wiatrowej to okres od 20 do 25 lat co daje całkowite koszty oszczędności rzędu od 80 do 100 mln PLN.

Elektrownie wiatrowe mogą powodować następujące uciążliwości dla otoczenia:

• Zakłócenia wizualne krajobrazu,

• Zagrożenia klimatu akustycznego poprzez hałas elementów mechanicznych i pracę wirnika,

• Zagrożenia dla przelatujących ptaków, które mogą nie zauważyć przeszkody,

• Zakłócenia sygnałów radiowych i telewizyjnych.

19.Wady i zalety wykorzystania energii wiatru

1. Zalety siłowni wiatrowych.

• Turbiny wiatrowe nie powodują zanieczyszczanie środowiska naturalnego. Wytworzenie energii w turbinie wiatrowej nie wiąże się z jakąkolwiek emisją trujących związków do atmosfery, nie zostają także żadne odpady.

• wiatr to odnawialne źródło energii, dzięki temu oszczędzamy na paliwach, procesach wydobywania oraz późniejszego transportu.

• sąsiednie tereny mogą być wykorzystywane jako tereny rolnicze.

• energia z elektrowni wiatrowych jest stałego kosztu, a konkurencyjność ekonomiczna tego rodzaju OŹE względem konwencjonalnych źródeł energii stale wzrasta.

• stosunkowowo niewielkie straty w przesyle energii z elektrowni wiatrowej do odbiorcy. Nie ma znaczenia czy budujemy siłownie wiatrowe zaraz obok użytkownika czy też w miejscu odległym od niego, w przypadku energetyki konwencjonalnej wiąże się to z odpowiednim przyłączem do sieci.

• proces obsługi elektrowni wiatrowej jest dość prosty, czas montażu bardzo krótki, podobnie jak koszty eksploatacji i obsługi, które także są dość niskie.

2. Wady siłowni wiatrowych.

• elektrownie wiatrowe pociągają za sobą duże koszty inwestycjne. Obecnie jednak cena zbudowania siłowni wiatrowych ciągle maleje, dzięki nowym osiągnięciom w dziedzinie technologii. Co za tym idzie cena energii pozyskiwanej z wiatru ciągle spada.

• siły wiatru nie możemy w jakikolwiek sposób kontrolować, powoduje to wystąpienie wahania w wytwarzaniu mocy, która zmienia się wraz z upływem czasu.

• źle ulokowane (np. na trasie przelotu ptaków wędrownych ) farmy wiatrowe mogą zabijać ptaki

• starsze konstrukcje powodują hałas

• praca siłowni może nieznacznie zakłócać sygnał radia i telewizji,

• pojedyncze siłownie i farmy wiatrowe powodują zmodyfikowanie dużej połaci krajobrazu.

20.Zastosowanie małych elektrowni wiatrowych
W dobie awarii sieci energetycznych małe elektrownie wiatrowe mogą służyć jako dodatkowe źródło energii, które w pewnym stopniu uniezależnia gospodarstwo domowe od sieci lokalnego dystrybutora. Małe turbiny wiatrowe to urządzenia o mocach wytwórczych poniżej 100 kW. Są to turbiny, które nie pracują dla energetyki zawodowej, a jedynie zaspokajają potrzeby własne właściciela. Stosowane są głównie na potrzeby rolnicze, do oświetlania domów, szklarni, pomieszczeń gospodarczych. Służą nie tylko do ogrzewania mieszkań, ale także do ogrzewania pomieszczeń inwentarskich, stawów rybnych i hodowlanych.

Małe turbiny wiatrowe znalazły zastosowanie w suszarniach i chłodniach, a także w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych.  Do ich zalet możemy zaliczyć:

• Małe turbiny wiatrowe mogą pracować już przy wiatrach wiejących z prędkością 2 m/s, co znacznie zwiększa możliwość ich wykorzystania (mogą być eksploatowane na większym obszarze).

• Małe turbiny wiatrowe mogą pracować w najbardziej ekstremalnych warunkach. Wytrzymują bardzo silne wiatry, cyklony, okresowe podmuchy, burze piaskowe, a nawet sztormy. Pracują w szerokim zakresie temperatur od -50^oC do +50^oC. Szczególnie dobrze spisują się w takich miejscach turbiny o osi pionowej. Firma „Ropatec AG” zainstalowała i przetestowała tego typu rozwiązanie we włoskich Alpach na wysokości 3150 m, gdzie zdarzają się wiatry o prędkości ponad 250 km/h. Innym przykładem są dwie turbiny, każda o mocy 6 kW, zasilające górską restaurację na wysokości 2300 m. Firma szacuje, że turbina o mocy 3 kW dla wiatru o średniej rocznej prędkości 7 m/s może wyprodukować rocznie ok. 4000 kWh energii elektrycznej.

• Koszt wyprodukowanie 1 kWh energii jest niewielki.

• W porównaniu z bardzo skomplikowanymi dużymi turbinami instalacja małych turbin wiatrowych jest stosunkowo łatwa, a koszty inwestycyjne znacznie niższe, co powoduje większą akceptację społeczności lokalnej.

• Małe turbiny wiatrowe mogą stworzyć nowe miejsca pracy na wsi, szczególnie w rejonach o największym bezrobociu.
  Znikomy negatywny wpływ na środowisko.

• Małe turbiny wiatrowe, zwłaszcza te o pionowej osi, są estetyczne, łatwe do wkomponowania w otoczenie, a nawet możliwe jest uczynienie z nich elementów dekoracyjnych. Są już dostępne tzw. projekty pięknych, cichych „elementów architektonicznych” z wkomponowanymi turbinami wiatrowymi. Jako przykład może służyć duże centrum handlowe w Finlandii, gdzie zainstalowano dwie turbiny „świderkowe” o sumarycznej mocy 50 kW. Niestety, koszt takich elementów jest dość wysoki. Turbina „świderkowa” o wysokości ok. 1,5 m (wraz z generatorem) zaczyna pracować przy prędkości wiatru 2-3 m/s produkując przy tej prędkości moc ok. 2 W, a przy prędkości 14 m/s - 120 W. Wytrzymuje wiatr o prędkości 60 m/s. Generowana moc jest zatem niewielka, jednak wystarczająca np. do ładowania baterii, zasilania systemów pomiarowych czy sygnalizacyjnych.

21.Wymienić i scharakteryzować rodzaje fundamentów stosowane w morskich elektrowniach wiatrowych

Jednym z najważniejszych elementów morskiej turbiny wiatrowej jest fundament. Jak dotąd stosowano następujące typy konstrukcji:

• obciążony fundament, działający pod wpływem prawa ciążenia, tzw. Gravity Base Structure. Instalowany powyżej 40 m głębokości wody. Posiada on okrągłą, w miarę płaską podstawę, aby przeciwdziałać przewróceniu się konstrukcji, o rozmiarach zależnych od parametrów falowania i własności gruntu. Powyżej znajduje się betonowa struktura o kształcie stożkowatym, której celem jest ochrona całej konstrukcji przez lodem;

• pojedynczy pal (ang. monopile) wykorzystywany przy głębokościach powyżej 10 m. Może być stalowy (do 30 m głębokości wody) lub betonowy (do 40 m). Tego typu fundament jest trudniejszy w wykonaniu ze względu na trudne do przewidzenia warunki geologiczne oraz potencjalne wystąpienie wahań całej konstrukcji, a w przypadku pali betonowych występuje również problem transportu przy sporym ciężarze konstrukcji;

• tripod - pierwszy raz zastosowano w pojedynczej szwedzkiej elektrowni wiatrowej Nogersund. Instalowane są do 30 m głębokości wody i powyżej. Stwarzają problemy w ich transporcie, ale posiadają dużą wytrzymałość, więc są odpowiednie jako fundament dla dużych turbin wiatrowych.

Do pewnego momentu wyznacznikiem lokalizacji farm wiatrowych była mała głębokość wody (do 25 m), co wynikało z kosztów fundamentowania. Ostatnimi czasy powstało jednak sporo nowych projektów, nadal w fazie badań, dzięki którym będzie jednak możliwe posadowienie turbin wiatrowych na większych głębokościach. Należą do nich fundamenty typu:

• kratownicowego (ang. jacket) - odpowiedni dla dużych turbin wiatrowych, jednak drogi i wrażliwy na warunki atmosferyczne;

• żeliwnego cylindra, zaczopowanego i wciśniętego w dno morskie (ang. suction bucket) - łatwy do zainstalowania i usunięcia, jednakże wrażliwy na warunki gruntowe dna;

• turbiny zakotwiczonej (ang. spar buoy) - pierwszą tego typu konstrukcją na większą skalę jest Hywind firmy STATOIL zakotwiczona za pomocą trzech kabli, o mocy 2,3 MW. Instalowane przy dużych głębokościach wody: 120-700 m. Na tym etapie technologicznym są dość drogie;

• półzatopione (ang. semi submersible), również zakotwiczone do dna morskiego. Znajdują się w fazie prototypu, np. projekt Blue H;

• bez fundamentu, tzw. turbina pływająca (ang. floating), dla dużych głębokości, powyżej 50 m [3, 7].

Według danych EWEA z 2009 roku przeciętna moc europejskiej turbiny posadowionej na morzu ma 2,9 MW. Najczęściej są one posadowione na palach (65%) lub na fundamencie GBS (23%). Największy udział w dostawie turbin ma Siemens oraz Vestas (powyżej 300) [2, 12].

---