Turbiny wiatrowe… na osiedlu? A czemu by nie? Od kilkunastu lat w skali całego globu obserwujemy dynamiczny wzrost produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. Mimo że w Polsce prym wiodą instalacje fotowoltaiczne, coraz większą popularność zyskuje również energetyka wiatrowa. Mimo że najczęściej kojarzona jest z ogromnymi turbinami pracującymi na farmach wiatrowych, to wcale nie one odpowiadają za intensywny wzrost tego segmentu OZE w Polsce.
Większość z nas nie dostrzega niewielkich turbin wiatrowych montowanych na dachach budynków. Mimo że produkują one energię na mniejszą skalę niż ogromne „wiatraki”, stanowią efektywne wsparcie w zaspokajaniu potrzeb energetycznych budynków i ich użytkowników.
Jak takie rozwiązanie może wyglądać w praktyce? Doskonale widać to na przykładzie jednej z naszych analiz OZE, którą wykonaliśmy dla jednej z wrocławskich spółdzielni! Zapraszamy do zapoznania się z case study.
Turbiny wiatrowe – ograniczenia w zastosowaniu
Przystępując do projektowania instalacji wiatrowej w Polsce należy zdać sobie sprawę, że warunki wiatrowe na obszarze naszego kraju są bardzo zróżnicowane i nie wszystkie tereny będą dla niej korzystne.
Energia niesiona przez strumień powietrza na wysokości 30 metrów nad poziomem gruntu wynosi od 500 kWh/(m2·rok) w rejonach Górnego i Dolnego Śląska, do 1250-2500 kWh/(m2·rok) na wybrzeżu Morza Bałtyckiego, Suwalszczyźnie oraz w środkowej Wielkopolsce i Mazowszu. O ile sposób, w jaki zmienia się prędkość wiatru w ciągu doby charakteryzuje się pewną powtarzalnością, tak sama prędkość może przyjmować skrajnie różne wartości, nawet w krótkim przedziale czasu. Zróżnicowanie występujące w krótkim czasie jest główną przyczyną trudności podczas eksploatacji elektrowni wiatrowych. Oprócz prędkości wiatru, dużą zmiennością charakteryzuje się również jego kierunek. Mimo że większość typów turbin wiatrowych pozwala na pracę niezależnie od kierunku wiatru, to informacje na ten temat można wykorzystać do określenia najlepszego miejsca dla lokalizacji turbiny, zwłaszcza w przypadku występowania naturalnych przeszkód w pobliżu budynku lub innych urządzeń zamontowanych na powierzchni dachu. |
Najważniejszym elementem każdej elektrowni wiatrowej bez względu na to, czy funkcjonuje ona na poziomie energetyki zawodowej, czy jedynie lokalnie zaspakaja potrzeby indywidualnego odbiorcy, jest turbina wiatrowa. To za jej pośrednictwem ze strumienia powietrza pozyskiwana jest energia mechaniczna, a jej parametry konstrukcyjne decydują o właściwościach i osiąganej mocy całej siłowni wiatrowej. Turbiny wiatrowe można podzielić na:
- turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu, − HAWT (Horizontal Axis Wind Turbines)
- rotory wiatrowe o pionowej osi obrotu VAWT (Vertical Axis Wind Turbines)
Największą zaletą tych rozwiązań jest możliwość pracy w szerokim zakresie parametrów, zarówno przy bardzo niskich lub bardzo wysokich prędkościach oraz niezależnie od kierunku wiatru. Ze względu na niskie prędkości obrotowe, turbiny pionowe charakteryzują się jednak niższą sprawnością.
W omawianej analizie uwzględniliśmy zastosowanie rotorów VAWT.
Case study – spółdzielnia z Wrocławia
Do analizy opłacalności montażu instalacji zespołu turbin wiatrowych zostaliśmy zaproszeni przez jedną z wrocławskich spółdzielni mieszkaniowych pod koniec 2022 roku.
Sześciokondygnacyjny budynek położony jest wśród zwartej zabudowy w centrum miasta, co już na starcie ograniczałoby ilość energii wyprodukowanej z instalacji. Wrocław znajduje się w strefie określanej jako średnio korzystna do rozwoju energetyki wiatrowej ze średnioroczną prędkością wiatru kształtującą się na poziomie 9,61m/s na wysokości 120 m, natomiast 3,5 m/s na wysokości 13m.
Kierowanie się informacją zdefiniowaną dla tak dużego obszaru, może prowadzić do błędnych wniosków przy podejmowaniu decyzji o lokalizacji turbiny wiatrowej małej mocy. Łatwo tutaj zarówno o przecenienie potencjału energetycznego wiatru, jak i jego niedowartościowanie. W celu dokonania wiarygodnej oceny oparliśmy się zatem na analizie warunków lokalnych, występujących możliwie jak najbliżej przewidywanego miejsca montażu turbiny wiatrowej. Warto wspomnieć, iż obecność przeszkód w postaci pobliskich budynków dodatkowo komplikowała nasze obliczenia…
Kolejnym krokiem był dobór turbin wiatrowych do zastanych warunków wraz z propozycją ich rozmieszczenia na dachu budynku. Podczas wizji lokalnej nasi audytorzy wyodrębnili 5 możliwych do zagospodarowania sektorów o łącznej powierzchni 320,5 m2. Na takiej przestrzeni możliwe byłoby umieszczenie instalacji, w której skład wchodziłoby 16 turbin wiatrowych o średnicy 1,5 metra.
Moc turbiny | 5 | kW |
Moc maksymalna | 5,5 | kW |
Efektywna prędkość wiatru | 9 | m/s |
Minimalna prędkość wiatru | 1,5 | m/s |
Krytyczna prędkość wiatru | 60 | m/s |
Regulacja prędkości | Automatyczne dostosowanie do prędkości wiatru | – |
Analizie poddano również moc turbin potrzebną do pokrycia całkowitego zapotrzebowania na energię elektryczną przez budynek – 140 MWh/rok. Warto wspomnieć, że zgodnie z obowiązującym prawem, instalacja o mocy powyżej 50 kW przestaje być definiowana jako mikroinstalacja. Dla każdej większej instalacji wymagane jest pozwolenie na budowę. Naszemu klientowi zależało, aby proponowana instalacja nie przekraczała podanego wyżej zakresu.
Przeszkoda prawna – moc wytwórcza turbin
W związku ze wspomnianymi ograniczeniami prawnymi, w analizie przyjęto montaż instalacji, której moc nie przekraczałaby 50 kW, co pozwoliłoby inwestorowi na zwolnienie z pozwolenia na budowę i swobodną realizację budowy instalacji, niezależnie od miejsca usytuowania.
Aby spełnić powyższe wymagania, ilość turbin wchodzących w skład instalacji zredukowano z 16 do 10.
Ilość turbin | 10 | szt. |
Moc zespołu turbin | 50 | kW |
Sprawność generatora | 0,92 | % |
Sprawność przekładni | 0,90 | % |
Wyniki analizy
Analiza dokonana dla przedstawionej powyżej instalacji przyjmowała, że wytworzona przez nią ilość energii elektrycznej w pełni pokryje chwilową autokonsumpcję, a nadwyżka nie byłaby wysyłana do sieci. Planowana ilość wytworzonej energii w instalacji pokrywałaby w 31% pełne zapotrzebowanie budynku.
Czas zwrotu instalacji oparty został o dane dotyczące kosztu instalacji wraz z montażem oraz kosztu zakupu 1 kWh. O ile koszt instalacji jest wartością względnie stałą i na przestrzeni lat może zwiększyć się o kilka procent, tak koszt zakupu energii może znacznie ulec zmianie, dlatego czas zwrotu podany w analizie dotyczy danych na październik 2022.
Ilość energii wyprodukowanej przez turbiny wiatrowe | 43 519,68 | kWh |
Zapotrzebowanie energii przez budynek | 140 000 | kWh |
Procentowe pokrycie zapotrzebowania | 31 | % |
Koszt instalacji | 350 000 | zł |
Koszt zakupu 1 kWh | 0,85 | zł/kWh |
Czas zwrotu | 9,46 | lat |
Warto w tym miejscu wspomnieć, że obecnie (marzec 2023 roku) czas zwrotu takiej instalacji może być znacznie krótszy. Wszystko za sprawą Grantu OZE, który powstał z myślą o wspieraniu prosumenta lokatorskiego. W ramach wspomnianego programu możliwe jest uzyskanie dofinansowania pokrywającego nawet do 50% kosztów inwestycji OZE. To dobra okazja, aby zdecydować się na instalację wspierającą efektywność energetyczną budynku wielorodzinnego.
Jeśli chcielibyście zawalczyć o grant na instalację OZE, zapraszamy do kontaktu!
Tekst i opracowanie: Julia Szafran
Kontakt
Efektywniej sp. z o.o. pl. Wolności 7b, 50-071 Wrocław tel.: 883 747 577 e-mail: info@efektywniej.pl |