Turbina wiatrowa – zalety, wady, koszt i montaż

Nowoczesne turbiny należą do grupy precyzyjnych urządzeń, które bazują na prostym i schematycznym działaniu. Ich głównym zadaniem jest przetwarzanie energii kinetycznej, która wytwarzana jest przez wiatr, wpadający do wirnika.

Obecnie prym w tej nowoczesnej technologii wiodą Chiny, a moc tamtejszych elektrowni jest ponad dwukrotnie większa niż elektrowni budowanych w Stanach Zjednoczonych i Europie. Co ciekawe, na naszym kontynencie w tej kategorii przodują Niemcy. Jeśli zaś chodzi o Polskę – nie ustępujemy miejsca rozwijającym się krajom. Jak podają dane w ostatnich latach – w naszych rodzimych kręgach MW była wyższa, niż w przypadku Afryki czy Australii.

Skąd ta popularność? Jakie są największe zalety i wady tego rozwiązania i ile przyjdzie nam zapłacić za jej montaż?

Jak działa turbina wiatrowa?

Specjalnie montowane systemy mają za zadanie analizować i monitorować pracę siłowni przez całą dobę (tj. 24h). W ten sposób śledzone są parametr pracy – począwszy od prędkości obrotowej, po kąt natarcia łopat. Tak analizowane parametry poprawiają optymalne warunki pracy, dzięki czemu elektrownie są stabilniejsze i efektywniejsze.

Ostatecznie więc maszyna jest w stanie samodzielnie zablokować mechanizmy napędu, a tym samym – zmniejszać ryzyko awarii.

Ogólny mechanizm działania jest bardzo prosty i opiera się na pewnej zależności (a dokładnie na zasadzie działania prądnicy). Gdy wiatr trafia na opór w postaci łopaty rotora, energia wiatru zmieniana jest na pracę mechaniczną. Praca ta wyrażona jest poprzez ruch obrotu wirnika. Energia obrotowa wirnika przenoszona jest za pomocą dwóch elementów: wału i przekładni do generatora. To one przekształcane są w energię elektryczną.

Z czego składa się przydomowa turbina wiatrowa?

1. Wirnik – posiadający jeden, dwa lub nawet trzy płaty. Znajduje się on bezpośrednio na wale wolnoobrotowym, a jego obroty przekazywane są do wału szybkoobrotowego (dzięki tzw. skrzyni przekładniowej). Wał szybkoobrotowy łączy się z wałem generatora. W Polsce najlepiej sprawdzają się wirniki dostosowywane do powolnych obrotów, z charakterystyczną, większa rozpiętością płatów.
2. Turbina wiatrowa – istotny element, decydujący o wydajności i mocy elektrowni. To ona odpowiada za pozyskiwanie energii z wiatru.
3. Generator – zamienia energię kinetyczną ruchu w energię elektryczną. Ważne jest, aby generator był dobrze dostosowany do optymalnej prędkości pracy turbiny. Standardowy generator może przybierać postać prądnicy bądź alternatora.

Tak skonstruowane, niewielkie elektrownie umieścić można również na dachu domu, dzięki czemu nie zajmują dodatkowej przestrzeni i nie zaburzają okolicznego krajobrazu.

Turbina wiatrowa – zalety

Rozwiązania oparte na turbinach wiatrowych cieszą się uznaniem, głównie przez swoje liczne zalety. Wśród nich wymienia się m.in:

• fakt, iż turbiny nie powodują zanieczyszczeń, a tym samym przyczyniają się do ochrony środowiska naturalnego. Wytwarzanie energii nie wiąże się z jakąkolwiek emisją związków, które mogłyby być szkodliwe dla naszej atmosfery. Przy jej produkcji nie powstają również żadne odpady.
• wiatr, jako odnawialne źródło energii, pozwala zaoszczędzić na drogich paliwach,
• produkcja energii okraszona jest stałymi kosztami, a konkurencyjność tego rozwiązania nie wzrasta, co pozwala sądzić, że obecne ceny zostaną utrzymane,
• podczas produkcji dochodzi do niewielkich strat w przesyłce energii z elektrowni wiatrowej do odbiorcy,
• obsługa energii wiatrowej jest wyjątkowo prosta, a czas montażu jest wyjątkowo krótki,
• potrafią pracować w różnych środowiskach i w różnym natężeniu wiatru,
• małe turbiny wiatrowe uzyskują energię elektryczną bez ponoszenia kosztów w trakcie jej eksploatacji,
• budujemy częściowe lub całkowite uniezależnienie od dostaw prądu,
• popularność pozwala sądzić, że będziemy spotykali się z coraz to nowszym doskonaleniem dotychczasowych rozwiązań, co z kolei zwiększy wydajność obecnych elektrowni,
• koszty eksploatacji jest niski.

Turbina wiatrowa – wady

Jak zawsze w przypadku zalet, nie można zapomnieć o wadach, które w ogólnym rozrachunku mogą przyćmić powyższe plusy. Wśród tych wad najczęściej wymienia się:

• duże koszty inwestycyjne – o którym więcej przeczytasz poniżej,
• brak kontroli nad siłą wiatru, co powoduje duże wahania w wytwarzaniu mocy, a tym samym – w dostarczaniu energii do naszego gospodarstwa,
• nieodpowiednio zamontowane, albo niestarannie zaplanowane farmy wiatrowe mogą być niebezpieczne dla dzikich ptaków,
• niektóre konstrukcje (zwłaszcza starsze) powodują hałas,
• badania wskazują, iż praca siłownie wiatrowej może zakłócać sygnał telewizji lub radia,
• konieczność uzyskania pozwolenia budowlanego,
• bardzo cykliczny charakter pracy wiatraków w strefie o dużej zmienności prędkości wiatrów,
• same turbiny nie są zbyt estetyczne, więc wpływają negatywnie na dany krajobraz.

Ile kosztuje turbina wiatrowa?

Oczywiście, aby odpowiedzieć na to pytanie należałoby uwzględnić kilka, istotnych czynników. Dlatego też najrozsądniejszą odpowiedzią jest: to zależy.

Analitycy i statystycy wskazują, że budowa farm wiatrowych w naszym kraju (na 1MW zainstalowanej mocy) to koszt nawet 7 mln złotych. Popularność tego rozwiązania sugeruje, że wartość inwestycji w energetykę wiatrową w naszym kraju wyniesie nawet 90 mln złotych do końca obecnego, 2020 roku.

Oczywiście nieco inaczej wyglądają ceny pojedynczych turbin. Tak oto bardzo małe turbiny to koszt kilku tysięcy złotych. Nieco tańszy jest generator wiatrowy o mocy 600 W, którego cena oscyluje w granicach 5 tysięcy złotych. Wysokowydajny typ o mocy 300W to koszt przekraczający 10 tysięcy złotych, a model o 1kW przekracza 30 tysięcy. Analogicznie więc turbina wiatrowa 10kw cena wynosi kilkadziesiąt tysięcy złotych.

Oczywiście kwoty te różnią się od siebie w zależności od producenta, designu, poziomu nowoczesności. Ponadto turbina wiatrowa pionowa jest droższa od poziomej osi, nawet z zachowaniem tej samej mocy.

Dodatkowo, prowadzone są liczne dofinansowania, pozwalające opłacić znaczny procent inwestycji. Szacuje się, że koszt takiej inwestycji zwrócić nam się może nawet po 10 latach (uwzględniając pewną tendencję zużycia oraz dotychczasowe ceny na rynku).

Czy to się opłaca?

O tym, czy rozwiązanie opłaca sią pod kątem środowiskowym nie podlega dyskusji – decyzja jest dość oczywista i jasno wskazuje, że jest to rozwiązanie proekologiczne, które powinien wziąć pod uwagę każdy miłośnik natury i ochrony naszej planety. Problem jednak istnieje gdzie indziej, gdyż kluczem do efektywnej pracy elektrowni jest oczywiście…wiatr.

Pod tym kątem, w najlepszej sytuacji są mieszkańcy regionów nadmorskich oraz okolic Suwałk. Dotychczas analizowane i zbierany pomiary, które opierano w makroskali, wskazują, że w najgorszej sytuacji znajdują się mieszkańcy południowej części Polski – zwłaszcza Krakowa. Niewielkie podmuchy wiatru zatrzymują pracę elektrowni, która staje się bezużytecznym gadżetem.

Drugim aspektem jest zróżnicowana prędkość wiatru, w zależności od pory roku. W tym rankingu zdecydowanie odstaje lato, kiedy to w Polsce średnia prędkość ledwo przekracza 2 m/2. Trudno więc oczekiwać, aby w tych miesiącach elektrownia działała w pełni sprawnie i efektywnie.