Rynek energii odnawialnej

      Odnawialne zasoby energii to takie, których używanie nie wiąże się ze stworzeniem jakiegokolwiek deficytu. Są to źródła, które w procesie wytwarzania wykorzystują energię wiatru, promieniowania słonecznego, geotermalną, fal, prądów i pływów morskich, spadku rzek oraz energię pozyskiwaną z biomasy, biogazu wysypiskowego, a także z biogazu powstałego w wyniku procesów odprowadzania lub oczyszczania ścieków lub też rozkładu składowanych szczątek zarówno roślinnych, jak i zwierzęcych.

Energia odnawialna to:

• energia wód;
• energia geotermalna;
• energia słoneczna;
• energia wiatru;
• biomasa (drewno, słoma, odchody zwierząt);
• biogaz.

      Jednym z odnawialnych źródeł energii jest energia wiatru.

Energia wiatrowa

      Energia wiatrowa, obok spalania drewna, była najwcześniej eksploatowaną przez człowieka energią odnawialną. W dzisiejszych czasach jest ona najbardziej dynamicznie rozwijającą się technologią odnawialną na świecie. Statystyki podają, iż w ciągu ostatnich 5 lat średnia wzrosła o 32%. Prognozy i scenariusze rozwoju dla energetyki wiatrowej wskazują, iż trend rozwojowy zostanie podtrzymany na pewno do roku 2020-2030.

      Wiatr jako nośnik energii wykorzystywano już w starożytności. Około 1800 lat temu w krajach śródziemnomorskich i w Chinach pojawiły się pierwsze silniki wiatrowe. Od VI wieku naszej ery Persowie mielili ziarno przy użyciu młynów wiatrowych czyli wiatraków. W przeciwieństwie do konstrukcji, które rozpowszechniły się w Europie, perskie wiatraki miały skrzydła poruszające się w płaszczyźnie poziomej, na pionowym wale. Jego dolny koniec przytwierdzony był do kamienia młyńskiego, który rozcierał ziarno na mąkę. Wczesne wiatraki europejskie były wiatrakami obrotowymi czyli kołowymi. Ustawienie takiego wiatraka można było zmieniać w zależności od kierunku wiatru. Poniżej przedstawiono rysunki obrazujące pierwsze elektrownie wiatrowe:

a) pierwsza siłownia wiatrowa zbudowana przez Charle’a F. Brush’a produkująca energie elektryczną;

b) elektrownie wiatrowe la Cour’a (wytwarzany przez nie prąd służył do produkcji wodoru).

Współcześnie stosowane są turbiny wiatrowe, które przekształcają siłę wiatru na energię mechaniczną, która dalej zamieniana jest na elektryczną.

Rysunek 1 ilustruje budowę turbiny wiatrowej, natomiast na rysunku 2 przedstawiono budowę profesjonalnej elektrowni wiatrowej o mocy 2 MW, pracującej na potrzeby sieci energetyki zawodowej. 

Najważniejszym elementem siłowni wiatrowej jest wirnik, przekształcający energię wiatru w energię mechaniczną przekazywaną do generatora. Zazwyczaj wykonuje się wirniki trójpłatowe (rzadziej dwupłatowe). Większość płatów wykonana jest z włókna szklanego wzmocnionego poliestrem. Każda łopata składa się z dwóch powłok przymocowanych do belki nośnej.

Rys. 2. Budowa elektrowni wiatrowej (model V80-2.0MW firmy Vestas) 

1) kontroler 2) siłownik mechanizmu przestawiania łopat 3) główny wał 4) chłodnica oleju 5) skrzynia przekładniowa 6) wieloprocesorowy układ sterowania 7) hamulec postojowy 8) dźwig dla obsługi 9) transformator 10) piasta łopaty 11) łożysko łopaty 12) łopata 13) układ hamowania wirnika 14) układ hydrauliczny 15) tarcza hydraulicznego układu hamowania wirnika 16) pierścień układu kierunkowania 17) fundament 18) koła zębate układu kierunkowania 19) generator 20) chłodnica generatora przymocowanych do belki nośnej. 

      W niektórych rozwiązaniach istnieje ponadto możliwość zmiany kąta ustawienia łopat wirnika dzięki zastosowaniu siłowników hydraulicznych. Wirnik osadzony jest na wale wolnoobrotowym, którego obroty poprzez skrzynię przekładniową przekazywane są do wału szybkoobrotowego. Wał szybkoobrotowy połączony jest natomiast z wałem generatora. Spotykane są też układy pracujące bez przekładni. Najczęściej wirnik obraca się z prędkością (15-30) obr./min., przekładnia zwiększa tą prędkość obrotową 50-krotnie do 1500 obr./min. Stopień przełożenia zależy od typu prądnicy zastosowanej w elektrowni. Jako generatory pracują najczęściej prądnice asynchroniczne. W czasie rozruchu generatory podłączone są do sieci przez układy tyrystorowe, które następnie są bocznikowane stycznikami. Mikroprocesorowy system sterowania monitoruje stan siłowni i pobiera dane do obliczeń i sterowania. Generator, transformator, przekładnia i urządzenia sterujące umieszczone są w gondoli. Ponadto gondola zawiera układy smarowania, chłodzenia, hamulec tarczowy itp. Gondola i wirnik obracane są w kierunku wiatru przez silniki i przekładnię zębatą znajdującą się na szczycie wieży, na której umieszczona jest gondola. Wieża jest stalowa, w kształcie rury, rzadziej o konstrukcji kratownicowej. Urządzenia niewielkich mocy, przeznaczone dla małych, indywidualnych użytkowników charakteryzują się znacznie prostszą budową. Nie mają mechanizmów zmiany kąta ustawienia łopat, gondola jest zintegrowana z chorągiewką kierunkową. Często konstrukcja ich wieży umożliwia także ustawienie wirnika w osi pionowej, co jest równoznaczne z wyłączeniem elektrowni.

Technologia wiatrowa

      W energetyce wiatrowej odnotowuje się nieustanny postęp w zakresie stosowanych technologii. Rozwijająca się od końca ubiegłego stulecia technika mikroprocesora, zapewniła tej branży burzliwą ekspansję oraz wszechstronne zastosowanie.

      Energetyka wiatrowa nadal znajduje się we wczesnej fazie rozwoju i zajmuje istotne miejsce w wielu programach badawczych Unii Europejskiej. Za pośrednictwem sieci neuronowych, naukowcy próbują przewidzieć produkcję energii elektrycznej z wiatru, zwiększać zdolności przesyłowe systemów energetycznych wykorzystując przy tym zaawansowane metody sztucznej inteligencji.

      Tendencje rozwojowe w zakresie energetyki wiatrowej utrzymują się nie tylko na terenie Niemiec, ale i na całym świecie. Coraz częściej elektrownie wiatrowe buduje się w krajach powszechnie uznawanych za niezbyt bogate, między innymi na Ukrainie, w Indiach czy Pakistanie. Budowane są także na stacjach polarnych, pustyni oraz wszędzie tam, gdzie proces konwersji wiatru uznawany jest za opłacalny ze względów zarówno infrastrukturalnych jak również ekonomicznych.

      Polska, podobnie jak i inne kraje członkowskie, pracuje obecnie nad wyznaczeniem celów z zakresu wykorzystania energii odnawialnej na 2020 rok. Przyjęcie, określenie i wynegocjowanie z Komisją Europejską krajowych celów obligatoryjnych w zakresie udziału energii odnawialnej w miksie energetycznym do 2020 roku, jest kluczowym zagadnieniem dla rozwoju OZE w perspektywie kolejnych kilkunastu lat. W przedstawionym w styczniu 2008 projekcie dyrektywy ramowej w sprawie promocji wykorzystania odnawialnych źródeł energii, została zawarta propozycja celu obligatoryjnego dla Polski na poziomie 15%. Dzięki zawartym w projekcie narzędziom, między innymi możliwości międzynarodowego handlu świadectwami pochodzenia, na dzień dzisiejszy osiągnięcie tego celu jest rzeczą realną. Warunkiem jest jednak podjęcie dalekosiężnych i kompleksowych działań na rzecz rozwoju sektora OZE w Polsce.

      Reasumując, można stwierdzić, iż energia wiatrowa jest najszybciej rozwijającą się gałęzią energetyki na świecie. Ostatnio podjęte decyzje Komisji Europejskiej pozwalają nam sądzić, iż w najbliższej przyszłości jej wzrost będzie jeszcze szybszy.