Elektrownie wiatrowe w Polsce

5 /5
(Ocen: 3)
elektrownie wiatrowe w Polsce

Energetyka wiatrowa, która jest jednym z odnawialnych źródeł energii stanowi obecnie ekologiczną alternatywę dla paliw kopalnych i umożliwia zwiększenie niezależności energetycznej państw, które w nią inwestują. Tylko od początku XXI wieku rozwija się ona na świecie w tempie 20-30% rocznie. Również w Polsce wiatr stanowi największe źródło energii elektrycznej z OZE. Tylko w lutym 2021 roku moc zainstalowana farm wiatrowych w kraju wynosiła ponad ponad 6,7 GW. Sprawdźcie jakie korzyści przynoszą i gdzie znajdują się obecnie największe elektrownie wiatrowe w Polsce?

Energetyka wiatrowa stanowi największe źródło energii elektrycznej z OZE

Zgodnie z dyrektywą 2009/28/WE państwa członkowskie Unii Europejskiej zobowiązane były do zapewnienia określonego udziału energii z OZE w końcowym zużyciu energii brutto w 2020 roku. Przy czym obowiązkowe krajowe cele ogólne składały się na założony 20% udział energii ze źródeł odnawialnych w końcowym zużyciu energii brutto we Wspólnocie. Dla Polski natomiast cel ten ustalony została na poziomie 15%. Niestety, pomimo tego, że w ciągu ostatnich dwóch lat zauważalne były u nas wyraźne wzrosty w zakresie generacji energii z OZE, to tak jak przewidywano to wcześniej, Polsce nie udało się uzyskać określonego przez UE wyniku.

Na ten moment bowiem udział OZE w kraju stanowi około 14% całkowitej produkcji energii elektrycznej, z czego 63,7 % wszystkich odnawialnych źródeł energii stanowi energetyka wiatrowa, będąca ekologiczną alternatywę dla paliw kopalnych. To właśnie ten dostawca zielonej energii elektrycznej, odgrywa obecnie kluczową rolę w realizacji rządowych celów klimatycznych (tylko w 2020 roku moc instalacji wykorzystujących energię wiatru wzrosła do 6.040 MW). Drugie miejsce w tym czasie zajęła biomasa (prawie 16% udziału w produkcji energii z OZE), trzecie – elektrownie wodne (10%), czwarte – fotowoltaika (7%), piąte zaś biogaz (3%).

moc zainstalowana OZE według udziału w grudniu 2020 roku na podstawie danych URE

Moc zainstalowana OZE według udziału źródła w grudniu 2020 roku na podstawie danych ure (opracowanie enerad.pl)

Gdzie w Polsce opłaca się budować elektrownie wiatrowe?

Warunki wietrzności dla celów energetycznych w Polsce określa się jako średnie, ale na tyle duże, że stanowią potencjalnie wydajne źródło energii elektrycznej. W Polsce nie wszędzie jednak opłaca się budować duże elektrownie wiatrowe zorientowane na wytwarzanie energii elektrycznej w celach komercyjnych, za to korzystnym rozwiązaniem mogą się okazać przydomowe elektrownie wiatrowe korzystające z lokalnych, dobrych warunków wiatrowych i pozwalające na wytwarzanie energii elektrycznej na własne potrzeby.

Wracając jednak do realizacji projektów dużych elektrowni wiatrowych, to znalezienie miejsca pod ich budowę jest jedną z pierwszych decyzji deweloperów w zakresie realizacji projektów farm wiatrowych. Na wybór odpowiedniej lokalizacji składa się wiele czynników, w tym oczywiście te związane z odpowiednimi stabilnymi warunkami wietrzności. Większość dużych turbin bowiem zaczyna pracę przy prędkości wiatru wynoszącej około 1-2 m/s, a swoją nominalną moc osiąga przy prędkości wiatru przekraczającej 10 m/s. W Polsce najkorzystniejsze warunki wietrzności dla deweloperów farm wiatrowych panują tylko w kilku regionach. Należą do nich:

  • Bieszczady i Pogórze Dynowskie;
  • Beskid Śląski i Beskid Żywiecki;
  • Wielkopolska w środkowej części;
  • Mazowsze;
  • Suwalszczyzna;
  • najbardziej wysunięte na północ części wybrzeża od Koszalina po Hel;
  • wyspa Wolin.
strefy energetyczne wiatru w Polsce Mezoskala

Strefy energetyczne wiatru w Polsce (źródło imgw.pl)

W ostatnim czasie jednak deweloperzy farm wiatrowych rozszerzają obszar swoich zainteresowań na coraz więcej regionów Polski. Przy czym same badania wietrzności prowadzone są po postawieniu specjalnego masztu na okres roku, dwóch lat, co pozwala stwierdzić, czy tego rodzaju inwestycja na danym terenie będzie opłacalna.

Jak działa elektrownia wiatrowa?

Energia wiatru jest zasadniczo przekształconą formą energii słonecznej. Wskutek bowiem nierównomiernego nagrzewania się powierzchni ziemi dochodzi do powstania nierównych ciśnień w atmosferze. W meteorologii określa się je mianem obszarów wysokiego i niskiego ciśnienia, które wyrównuje właśnie wiatr (masy powietrza poruszają się zawsze ze strefy wysokiego do niskiego ciśnienia). Różne jego prędkości odpowiadają określonej sile wiatru. I tak w przypadku lekkiej bryzy wiatr wieje z prędkością ok. 1-3 m/s, a w trakcie sztormu już z prędkością 20-24 m/s. Aby więc elektrownie wiatrowe przynosiły zyski, potrzebny jest wiatr o średniej prędkości przynajmniej 5,5 m/s.

Nowoczesne elektrownie wiatrowe wykorzystują zaawansowane technologie, które oparte są na doświadczeniach przemysłu lotniczego i potrafią pracować w różnych warunkach przy zmiennych prędkościach i kierunkach wiatru. Specjalne “inteligentne” systemy monitorujące pracę siłowni, śledzą przez całą dobę każdy parametr jej pracy, dbając o bezpieczeństwo i optymalne warunki pracy. Natomiast w razie wystąpienia ekstremalnych warunków pogodowych, urządzenie to jest w stanie samodzielnie podjąć działania zmierzające do tego by zbyt silny wiatr nie uszkodził urządzenia. Mowa tu o m.in. o:

  • zablokowaniu mechanizmów napędu;
  • ustawieniu się w odpowiednim kierunku do wiatru;
    ustawić odpowiedni kąt łopat.

Dzięki bowiem łączności satelitarnej parametry pracy turbiny są śledzone w czasie rzeczywistym bezpośrednio przez firmy serwisujące, co gwarantuje niezakłóconą produkcję energii elektrycznej z wiatru. Należy tu też od razu wyjaśnić to, jak działa elektrownia wiatrowa? Otóż ogólna zasada wytwarzania energii z wiatru jest bardzo prosta i opiera się na zasadzie działania prądnicy. I tak, gdy wiatr trafia na opór w postaci łopaty rotora, energia kinetyczna wiatru zamieniana jest na pracę mechaniczną w postaci ruchu obrotowego wirnika. Następnie zaś energia obrotowa wirnika przenoszona jest za pomocą wału i przekładni do generatora, który z kolei przekształca ją w energię elektryczną (oczywiście zasada ta może nieco się różnić w przypadku zastosowania innych typów turbin).

On grid i off grid – na jakie rozwiązanie się zdecydować?

Ponadto jeśli inwestor zdecyduje się na zostanie prosumentem, a więc postanowi produkować energię z elektrowni wiatrowej na własne potrzeby, to czeka go podjęcie decyzji odnośnie tego czy chce przyłączyć swoją instalację do sieci energetycznej, czy też ma ona działać jako w pełni samodzielny system (sprawdź on grid i off grid – instalacja przyłączona do sieci energetyki lub nie). Gdy bowiem elektrownia wiatrowa będzie dostarczała więcej energii niż potrzeba, to wówczas energię należy magazynować, gdy natomiast będzie dostarczała jej mniej niż tego wymagamy, to konieczne będzie pobranie jej z magazynu energii. Tak więc w przypadku rozwiązania:

  • on-grid – elektrownia wiatrowa połączona jest z siecią elektryczną przez inwerter dostosowujący wyprodukowaną energię do parametrów wymaganych przez sieć. Jeśli elektrownia wiatrowa wytwarza więcej energii niż się jej zużywa, to jest ona wysyłana do sieci;
  • off-grid – elektrownia wiatrowa nie jest połączona z zewnętrzną siecią elektryczną. Elektrownia wiatrowa off-grid składa się z elektrowni wiatrowej, kontrolera ładowania baterii akumulatorów, akumulatorów i jeżeli zachodzi potrzeba korzystania z napięcia o parametrach jak w sieci energetycznej – inwertera zmieniającego prąd stały na zmienny.

Rodzaje elektrowni wiatrowych

Pierwszą elektrownię wiatrową zbudował w 1878 Charles F. Brush. Wirnik miał średnicę 17 metrów i zbudowany był z 144 łopat z drzewa cedrowego, moc turbiny natomiast wynosiła 12 kW. Działała ono przez 20 lat, ładując akumulatory znajdujące się w jego posiadłości Ch.F. Bruscha. Innym pionierem i zarazem badaczem wykorzystania energii wiatru był duński naukowiec Poul la Cour (1846-1908), który wykazał, że znacznie wydajniejsze dla generatorów elektrycznych są wirniki o kilku łopatach niż turbiny wielołopatkowe. Obecnie podziału elektrowni wiatrowych można dokonać ze względu na kilka kryteriów:

Rodzaje elektrowni wiatrowych ze względu na moc

Pierwszym z nich jest podział ze względu na moc, według, którego wyróżnia się:

  • mikroelektrownie wiatrowe o mocy poniżej 100 W, które stosowane są np. do ładowania baterii akumulatorów stanowiących zasilanie obwodów wydzielonych. Mikroelektrownie można wykorzystać do zasilania przez akumulatory części oświetlenia domu (pojedynczych lamp, poszczególnych pomieszczeń, czy urządzeń);
  • małe elektrownie wiatrowe o mocy od 100 W do 50 kW, które mogą zapewniać energię elektryczną zarówno w pojedynczych gospodarstwach domowych (przydomowe elektrownie wiatrowe), jak i w małych firmach. Do zasilania domów jednorodzinnych najczęściej używane są elektrownie wiatrowe o mocy od 3 kW do 5 kW. Przy czym moc takich elektrowni, wspomagana energią zmagazynowaną w akumulatorach, wystarczy do zasilenia sprzętu i urządzeń domowych, oświetlenia, czy układów pompowych;
  • duże elektrownie wiatrowe o mocy powyżej 100 kW, które oprócz tego, że mogą zasilać dom, to stosowane są przede wszystkim do wytwarzania prądu, który sprzedaje się do sieci elektroenergetycznej. Taka elektrownia musi spełniać szczegółowe wymagania lokalnego operatora sieci i potrzebna jest zgoda na przyłączenie.

Rodzaje elektrowni wiatrowych ze względu na rozwiązania konstrukcyjne turbin wiatrowych

Trzeciego podziału elektrowni wiatrowych można dokonać ze względu na rozwiązania konstrukcyjne turbin wiatrowych:

Turbiny o poziomej osi obrotu – HAWT (ang. Horizontal Axis Wind Turbine)

Turbiny o poziomej osi obrotu – HAWT (ang. Horizontal Axis Wind Turbine) są obecnie najpopularniejszymi turbo zespołami (stanowią 95% stosowanych rozwiązań). Przy czym najbardziej rzucającą się w oczy różnicą pomiędzy turbozespołami poziomymi jest liczba płatów. Dlatego też, kolejnego podziału dokonać można ze względu na liczbę płatów wirnika. Najczęściej spotykane są:

  • turbiny jednopłatowe – jest to rozwiązanie rzadkie ze względu na konieczność stosowania przeciwwagi dla łopaty;
  • turbiny dwupłatowe – w porównaniu z turbiną jednołopatową pozwalają zmniejszyć masę wirnika, a w konsekwencji zredukować koszty;
  • turbiny trzypłatowe – są to najbardziej rozpowszechnione konstrukcje elektrowni wiatrowych. Zastosowanie trzech łopat, rozłożonych równomiernie, zapewnia stały moment bezwładności wirnika. Ze względu na stosunkowo niską prędkość obrotową, turbozespoły te nie emitują zbyt dużego hałasu i pozwalają na dobre wykorzystanie energii wiatru;
  • turbiny wielopłatowe – nie zawsze więcej znaczy lepiej. W USA rozpowszechnione są turbiny wielopłatowe, badania aerodynamiczne wykazały, jednak, że nie są one najbardziej efektywne w elektrowniach wiatrowych i możliwe są jedynie do realizacji tylko w małej skali.

Ponadto, ze względu na usytuowanie względem wiatru w stosunku do położenia masztu turbiny o poziomej osi obrotu dzieli się na turbiny:

  • up-wind (nawietrzne) – jest to rozwiązanie najczęściej spotykane. Wymaga ono sztywnych łopat, i systemu nakierowywania na wiatr. W przypadku tego rodzaju turbin wirnik znajduje się przed masztem w stosunku do wiejącego wiatru;
  • down-wind (zawietrzne) – z punktu widzenia wiatru, wirnik jest umieszczony za masztem. Jest to rozwiązanie rzadziej spotykane i charakteryzuje się niższą efektywnością niż turbozespoły nawietrzne. Wirnik jest częściowo zasłonięty przez maszt.

Kierunek wiatru ulega zmianie i nadążyć za nim musi turbozespół. Odpowiedzialny za to jest układ nakierowywania. Może być on:

  • bierny – korpus turbozespołu wyposażony jest w “płetwę”. Zamontowana jest ona na przedłużeniu osi turbozespołu. Ustawia się ona tak, aby „płetwa” stawiała najmniejszy opór wiatrowi. Jednocześnie oś obrotu turbozespołu jest prostopadła do kierunku wiatru. Rozwiązanie to jest stosowane w małych, prostych turbozespołach;
  • czynny – korpus turbozespołu jest nakierowywany przez silnik sterujący tak, aby prędkość obrotowa wirnika była największa. Rozwiązanie jest stosowane dużych turbozespołach.

Turbiny o pionowej osi obrotu – VAWT (ang.Vertical Axis Wind Turbine).

Prace nad Turbinami o pionowej osi obrotu nie postępowały w takim tempie jak nad turbinami HAWT, w związku z tym, stanowią one zaledwie 5% obecnie stosowanych elektrowni wiatrowych. Do turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu należy:

  • turbina Savoniusa, której wirnik widziany z góry przypomina dwie, a czasami trzy litery S. Różnica sił oddziaływania wiatru na wklęsłą i wypukłą stronę łopat powoduje obrót wirnika.Nazwa turbiny pochodzi od jej wynalazcy – fińskiego naukowca F.J. Savoniusa. Łopatki powinny być obrócone względem siebie o 90 stopni, co ma na celu wyrównanie momentu startowego. Średnica otworu między łopatkami powinna zawierać się w przedziale od 0,1 do 0,15 średnicy jednej łopatki. Jakie proporcje wymiarów są optymalne? Im stosunek wysokości do średnicy większy, tym wyższa sprawność turbiny. Jednocześnie mniejsza jest wytrzymałości konstrukcji, zatem turbina Savoniusa o wyższych sprawnościach nie nadaje się do miejsc gdzie wieją silne wiatry;
  • turbina Darrieusa, której wirnik widziany z góry przypomina literę H. Łopaty zaś mogą mieć w przekroju kształt litery “H” lub wyglądać jak końcówka miksera. Nazwa turbiny pochodzi od jej wynalazcy – Francuza Georgesa Darrieusa. Zasada jej działania jest stosunkowo prosta, wynika bowiem z odpowiedniego ukształtowania profili łopat turbiny i wystawienia ich na działanie wiatru, powstaje wówczas siła nośna, która obraca wirnik z wałem. Później z kolei, poprzez przekładnie zwiększającą obroty, w ruch wprawiany jest generator i rozpoczyna się produkcja energii elektrycznej. Turbinę Darrieusa cechuje dobra wydajność i są znacznie bezpieczniejsze dla ptaków i nietoperzy, niż inne turbiny, bo wirują z prędkością zbliżoną do prędkości wiatru;
  • turbina świderkowa jest rozwinięciem silnika Savoniusa o znacznie lepszych parametrach energetycznych (zachowującym jednocześnie niski parametr startowy wynoszący zaledwie 1,5m/s i świetnie znoszący silnie wiatry nawet do 60 m/s). Ukośno-pionowe ułożenie jej łopat powoduje, że z daleka przypomina helisę DNA. Dzięki temu unikalnemu kształtowi oraz specjalnym „kieszeniom” na brzegach, turbina świderkowa charakteryzuje się dużą zdolnością do przetrwania silnych wiatrów, oraz wykorzystaniem siły wiatru nawet od 1,5 m/s. Najcichszymi urządzeniami są elektrownie wiatrowe o pionowej osi obrotu, w tym świderkowe. Pracują one nie generując prawie żadnych dźwięków. Napęd z wirnika przenoszony jest bezpośrednio na prądnicę i nie wymaga stosowania przekładni mechanicznych. Konstrukcje są lekkie i niedrogie (zwykle turbina świderkowa jest montowana w takich samych lokalizacjach jak mikroinstalacje).

Podział elektrowni wiatrowych ze względu na inne kryteria

Ponadto elektrownie wiatrowe dzielone są również na określone rodzaje ze względu na:

  • zastosowanie (przydomowe lub przemysłowe);
  • lokalizację (lądowe i morskie);
  • sposób wykorzystania produkowanej energii – wyróżnia się siłownie energetyczne i siłownie mechaniczne (np. pompowe);
  • budowę generatora – przekładniowe, bezprzekładniowe;
  • szybkobieżność (elektrownie wolnobieżne, średniobieżne i szybkobieżne);
  • wielkość – małe elektrownie wiatrowe najczęściej mają za podstawę maszty od 1,5 m (na dachach) do 15-20 m nad poziomem gruntu, natomiast „duże” elektrownie wiatrowe osadza się na wieżach 70-, 80-, a nawet 100- czy 120-metrowych.

Energetyka wiatrowa w Polsce na lądzie

Energetyka wiatrowa Polsce rozwija się od początku lat 90. XX wieku, kiedy to w 1991 roku przy Elektrowni Wodnej w Żarnowcu postawiono pierwszy w kraju wiatrak produkujący energię elektryczną. Pierwszą zaś zawodową farmą wiatrową była składająca się z sześciu turbin o łącznej mocy 5 MW Elektrownia Wiatrowa Barzowice. Przez kolejne lata XXI wieku trwał dynamiczny rozwój w obszarze lądowej energetyki wiatrowej (onshore). Według danych Urzędu Regulacji Energetyki w Polsce tylko pod koniec 2015 roku znajdowało się łącznie 981 instalacji wiatrowych (w tym zarówno pojedynczych turbin, jak i dużych farm o łącznej mocy 4.117,4 MW).

Ciosem dla tej jakże rozwojowej branży okazała się jednak niestabilność regulacyjna, czego szczególnym wyrazem okazało się wprowadzenie w 2016 roku restrykcyjnych obostrzeń lokalizacyjnych m. in. tzw. zasada “10H”. Nakazuje ona budowę elektrowni wiatrowych w odległości co najmniej dziesięciokrotności wysokości elektrowni od zabudowy mieszkalnej oraz podwyższenie podatku od nieruchomości (biorąc zatem pod uwagę, że większość obecnie budowanych w kraju elektrowni wiatrowych ma wysokość całkowitą 180-200m, to ich odległość od zabudowy wynosić musi 1.800-2.000 m). Równolegle w tym samym czasie rentowność istniejących elektrowni wiatrowych uległa znacznemu pogorszeniu przez niekorzystne zmiany podatkowe systemu wsparcia na aukcyjny przy braku aukcji migracyjnych.

Jakie są kierunki nowelizacji ustawy odległościowej?

Wszystko to nadszarpnęło zaufanie inwestorów do polskiego rynku i spowodowało zaniechanie działań związanych z rozwijaniem nowych projektów wiatrowych. W ostatnim czasie, po trudnych latach dla energetyki wiatrowej w Polsce, coraz częściej zaczyna się jednak mówić o konieczności wprowadzenia zmian w tym zakresie. Rząd zapowiada już m.in. nowelizację ustawy odległościowej. Jak na razie jednak Ministerstwo Klimatu i Środowiska zakończyło tylko opiniowanie projektu nowelizacji ustawy o odnawialnych źródłach energii, która ma być impulsem do rozwoju OZE w Polsce, omijając przy tym kwestię energetyki wiatrowej na lądzie. Należy tu przypomnieć, że celem planowanych zmian jest przede wszystkim:

  • ułatwienie procesu inwestycyjnego w obszarze lądowej energetyki wiatrowej na terenie gmin, których społeczności wyrażają wolę lokowania infrastruktury wiatrakowej;
  • zmniejszenie ograniczenia dotyczącego budowy domów w sąsiedztwie elektrowni wiatrowych;
  • większe upodmiotowienie gmin oraz społeczności lokalnych w procesie inwestycyjnym.

Co istotne, propozycja przepisów nowelizacji ustawy antywiatrakowej zakłada, że gmina w ramach MPZP oraz na podstawie wyników prognozy oddziaływania na środowisko, mogłaby przyjąć inną odległość elektrowni wiatrowej od budynku mieszkalnego, nie mniejszą jednak niż 500 metrów (taka sama odległość będzie obowiązywała także budynki mieszkalne budowane w pobliżu farm wiatrowych). Oznacza to więc, że ostatecznie, odległość ta będzie weryfikowana i ustalana w ramach procedury wydawania przez Regionalnego Dyrektora Ochrony Środowiska decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach, na podstawie raportu oddziaływania na środowisko sporządzanego dla danej inwestycji. Ponadto nowelizacja ustawy odległościowej przewiduje dodatkowo obowiązkowe konsultacje w sprawie planowanej lokalizacji elektrowni wiatrowej z lokalną społecznością. Planowane jest również nałożenie obowiązków na dewelopera, czyli osobę, która eksploatuje elektrownię wiatrową. Obejmować one będą korzystanie z usług serwisów eksploatacji elementów technicznych elektrowni wiatrowych wyłącznie certyfikowanych przez Urząd Dozoru Technicznego.

Większość Polaków popiera energetykę wiatrową

Warto tu jednak przypomnieć, że energetyka wiatrowa na świecie tylko od początku XXI wieku rozwija się w tempie 20-30% rocznie. Również w Polsce, w latach 2013-2014, ten właśnie segment wygenerował najwięcej energii odnawialnej, która nie szkodzi środowisku naturalnemu, a jej zasoby są praktycznie niewyczerpywalne. Nadal jednak uzyskane wyniki nie są wystarczające, a sama energetyka wiatrowa w kraju powinna odgrywać kluczową rolę, dlaczego? Bez niej bowiem nie będzie możliwa transformacja energetyczna Polski na którą i tak potrzebne będzie 900 mld euro. Obecnie moc zainstalowana lądowej energetyki wiatrowej wynosi u nas już 6,1 GW, a w efekcie aukcji przeprowadzonych w latach 2016-2020 powstanie dodatkowo ok. 4,2 GW nowych instalacji wiatrowych na lądzie. Tak więc, szacuje się, że w ciągu najbliższych kilku lat łączna moc instalacji wiatrowych osiągnąć może ok. 10 GW.

Co ciekawe, tego samego zdania są również uczestnicy badania świadomości i zachowań ekologicznych dotyczących energii wiatrowej (lądowej i morskiej), przeprowadzonego w listopadzie 2020 roku dla Ministerstwa Klimatu i Środowiska, z którego wynika, że sami Polacy w bardzo pozytywny sposób odnoszą się, co do rozwoju energetyki wiatrowej w kraju. Aż 85% mieszkańców raczej lub zdecydowanie popiera rozwój lądowych farm wiatrowych, natomiast 24% Polaków zadeklarowało, że mieszka w okolicy lądowych farm wiatrowych i pozytywnie ocenia działania zarówno samych władz lokalnych, jak i ich inwestora farmy wiatrowej na etapie jej powstawania:

raport energetyka wiatrowa lądowa i morska 2

Energetyka wiatrowa – lądowa i morska. Raport z badania wykonanego przez PBS sp. z o.o. w listopadzie 2020 roku dla Ministerstwa Klimatu i Środowiska.

Z tego samego badania wynika, że również rozwój morskich farm wiatrowych ma w Polsce pozytywny wydźwięk. Ich budowę popiera bowiem 83% respondentów, zaś 81% z nich uważa, że rozwój morskich farm wiatrowych zwiększy bezpieczeństwo energetyczne Polski. Energię elektryczną pochodzącą z morskich farm wiatrowych chciałoby natomiast używać w gospodarstwach domowych 76% ankietowanych:

raport energetyka wiatrowa lądowa i morska 4

Energetyka wiatrowa – lądowa i morska. Raport z badania wykonanego przez PBS sp. z o.o. w listopadzie 2020 roku dla Ministerstwa Klimatu i Środowiska.

Morska energetyka wiatrowa – jakie korzyści?

Choć energetyka wiatrowa na morzu nadal jest jeszcze technologią przyszłości, to i tak może się już pochwalić wieloletnią tradycją (pierwsza morska farma wiatrowa na świecie – Vindeby, zlokalizowana w duńskich cieśninach, oddana została do użytku w 1991 roku). W porównaniu do sektora energetyki wiatrowej na lądzie, morskie farmy wiatrowe wyróżniają się zarówno brakiem ograniczeń technologicznych, jak i wyższą efektywnością pracy turbin, które dzięki temu są zdecydowanie większe i bardziej efektywne. Ponadto, dużymi zaletami tego właśnie miejsca do budowy dużych farm wiatrowych są korzystniejsze warunki wietrzne (wiatry wiejące nad morzem są stabilniejsze i silniejsze niż wiejące nad lądami) i odległość od osiedli ludzkich, wystarczająca dla zmniejszenia potencjalnych oddziaływań.

Tak więc, pomimo tego, że instalowanie farm na morzu (ang. offshore) i ich utrzymanie obciążone jest znacznie większymi kosztami inwestycji i eksploatacji (z reguły inwestycja taka jest od 30% do 50% droższa niż inwestycja w budowę farmy wiatrowej na lądzie) to i tak z powodu wcześniej wymienionych czynników w pełni uzasadnia to ich budowę. Warto tu bowiem zaznaczyć, że środowisko wodne powoduje dużo większe ryzyko korozji, przez co wymusza o wiele lepsze zabezpieczenia zarówno fundamentów jak i samych konstrukcji. Ponadto ze względu na utrudniony dostęp do farm wiatrowych na morzu trzeba używać dużo droższych i odporniejszych materiałów, aby maksymalnie ograniczyć konieczność wymiany części w razie awarii.

W Europie, oprócz Danii, która jest liderem morskiej energetyki wiatrowej, na ten rodzaj OZE stawiają również takie kraje, jak Szwecja, czy Niemcy. Obecnie największą na świecie farmą wiatrową jest Hornsea One o mocy 1,218 GW, która wybudowana została w 2019 roku przez duński Orsted w odległości ponad 100 km od wybrzeża brytyjskiego hrabstwa Yorkshire. Składają się na nią 174 turbiny o jednostkowej mocy 7 MW, rozlokowane na powierzchni ponad 407 km². Natomiast w drugim etapie projektu w 2022 roku, ma powstać morska farma wiatrowa Hornsea Two o docelowej mocy 1,386 GW, której produkowana energia ma odpowiadać zapotrzebowaniu generowanemu przez ponad 1,3 mln brytyjskich gospodarstw domowych.

Morska energetyka wiatrowa w Polsce

Jednak swoje morskie elektrownie wiatrowe mają nie tylko tak zaawansowani w tym temacie Duńczycy, Szwedzi, czy Niemcy, ale i Finowie, Holendrzy, Norwegowie, Belgowie, Irlandczycy, czy Anglicy. Co ważne, swoje własne projekty związane z morskimi elektrowniami wodnymi rozwija również Estonia, Litwa i oczywiście Polska, w której istnieje potencjał umożliwiający budowę morskich farm wiatrowych o mocy 1 GW do roku 2020, 3 GW do 2025 i 6 GW do 2030.

Realizacja inwestycji w MFW może wnieść wartość dodaną do gospodarki w wysokości ponad 81 mld złotych do 2030 roku i stworzyć łącznie blisko 25 tys. nowych miejsc pracy. Przy czym potencjał teoretyczny wynikający z dostępności lokalizacji pod projekty MFW, warunków wietrznych, jak i ich maksymalnej produktywności oszacowany został na 12 GW zainstalowanej mocy i 48 – 56 TWh energii rocznie. W naszym kraju farmy wiatrowe realizowane są w wyłącznej strefie ekonomicznej, poza pasem morza terytorialnego, co oznacza, że nawet podczas dni o najlepszej widoczności wiatraki nie będą dominowały i oddziaływały na obserwatora (najbliższe od brzegu turbiny nie mogą być w odległości mniejszej niż 12 NM, czyli ok. 22 km).

Zgodnie z założeniami projektu Polityki Energetycznej Polski do 2040 roku, która wyznaczyła osiem celów szczegółowych w zakresie transformacji klimatyczno-energetycznej państwa, jednym z nich jest także rozwój odnawialnych źródeł energii, w tym wdrożenie morskiej energetyki wiatrowej (do końca 2030 roku udział OZE w końcowym zużyciu energii brutto ma wynieść co najmniej 23%). Zgodne z założeniami Polityki Energetycznej Polski planowane jest uruchomienie 5,9 GW mocy z morskich farm wiatrowych. Przy czym przewiduje się, że projekty zlokalizowane na Bałtyku będą oddawane do użytku pomiędzy 2024 a 2033 rokiem. Jednak należy tu podkreślić, że realizacja tego potencjału będzie musiała następować stopniowo z uwagi na:

  • konieczność stworzenia krajowego łańcucha dostaw i modernizacji portów oraz ograniczoną pulę dostępnych środków finansowych;
  • zróżnicowane uwarunkowania lokalizacyjne na polskich obszarach morskich (odległość od lądu i głębokość);
  • ograniczone możliwości przyłączeniowe.

Ustawa offshore z podpisem Prezydenta

W tym celu Ministerstwo Klimatu i Środowiska przygotowało projekt ustawy o promowaniu wytwarzania energii elektrycznej w morskich farmach wiatrowych, czyli ustawę offshore umożliwiającej rozwój tej nowej gałęzi sektora OZE. Ustawa została przyjęta przez Sejm RP większością głosów (za jej przyjęciem głosowało 443 z 450 posłów) 17 grudnia 2020 roku. Następnie, 13 stycznia 2021 roku, bez poprawek przyjął ją Senat i podpisał Prezydent RP Andrzej Duda. Dokument ten wyznacza ramy prawne do rozwoju farm wiatrowych na Morzu Bałtyckim. Celem ustawy offshore jest przede wszystkim wykorzystanie potencjału energetyki wiatrowej na Bałtyku i stworzenie ram prawnych, dzięki którym możliwe będzie wsparcie wszystkich podmiotów zainteresowanych rozwojem sektora morskiej energetyki wiatrowej w kraju. Przy czym głównymi elementami ustawy są:

  • usprawnienia w zakresie procedur administracyjnych;
  • zasady przyłączania wytwórców do sieci elektroenergetycznej;
  • rozporządzanie wyprowadzeniem mocy z morskich farm wiatrowych;
  • rozwój lokalnego łańcucha dostaw;
  • dwufazowy system wsparcia.

Ten ostatni element ma opierać się na wypróbowanej w polskich realiach gospodarczych koncepcji tzw. dwustronnego kontraktu różnicowego, z powodzeniem stosowanej w przypadku obecnie funkcjonującego systemu wsparcia dla OZE. Wszyscy wytwórcy energii elektrycznej w morskich farmach wiatrowych (funkcjonujących średnio ok. 25 lat), którzy zostaną dopuszczeni do systemu wsparcia, uzyskają prawo do pokrycia tzw. ujemnego salda (co w praktyce oznacza pokrycie różnicy pomiędzy rynkową ceną energii, a ceną umożliwiającą wytwórcom pokrycie kosztów wytwarzania energii elektrycznej na morzu). Warto tu dodać, że ambitne plany względem morskich farm wiatrowych mają trzy największe polskie firmy energetyczne, które 18 stycznia 2021 roku podpisały list intencyjny w sprawie współpracy przy przyszłych projektach morskich farm wiatrowych. I tak:

  • PGE, moc morskich farm wiatrowych PGE osiągnie do 2030 roku 2,5 GW (natomiast w 2040 roku, zgodnie z założeniami Nowej Strategii Grupy PGE, Spółka będzie posiadać morskie farmy wiatrowe o mocy 6,5 GW);
  • Tauron, który konsekwentnie realizuje transformację energetyczną i do do 2025 roku zamierza mieć ponad 1.000 MW mocy zainstalowanej w turbinach wiatrowych na lądzie oraz farmy fotowoltaiczne o mocy 300 MW (sprawdź budowę farmy fotowoltaicznej krok po kroku). Natomiast farmy wiatrowe na Morzu Bałtyckim mają odegrać istotną rolę w transformacji Grupy po 2025 roku;
  • Enea, która jako jeden z najważniejszych podmiotów na rynku energii chce aktywnie uczestniczyć w rozwoju sektora OZE, w tym morskich farm wiatrowych (realizacja projektów offshore na Bałtyku będzie mieć bowiem istotny wpływ na realizację celu strategicznego, jakim jest ambitna transformacja w zakresie wytwarzania energii w kierunku nisko i zeroemisyjnym).

Największe elektrownie wiatrowe w Polsce

Farmy wiatrowe, jak już wiemy mogą być lokowane na lądzie lub poza lądem. Pierwszą farmę wiatrowę składającą się z 20 turbin, zbudowała amerykańska firma U.S. Windpower (później Kentech) w 1980 roku w południowym New Hampshire. W ustawodawstwie polskim tym mianem określana jest jednostka wytwórcza lub zespół tych jednostek wykorzystujących do wytwarzania energii elektrycznej energię wiatru, przyłączonych do sieci w jednym miejscu przyłączenia. Przy czym najczęściej jest to instalacja złożona z wielu turbin wiatrowych, skupienie których, pozwala nie tylko na ograniczenie kosztów budowy i utrzymania, ale i uproszczenie sieci elektrycznej. Według danych URE, tylko na koniec 2019 roku pracowało w kraju ponad 1.200 instalacji wiatrowych zaś do największych elektrowni wiatrowych w Polsce należą:

1. Farma wiatrowa Margonin, która jest największą elektrownią wiatrową w Polsce. Pierwsze wiatraki w Margoninie w województwie wielkopolskim stanęły w 2009 roku. Na ten moment farma składa się z 60 wiatraków (każdy o wartości 2 mln euro, wysokości słupa 100 m i rozpiętość łopat śmigła – 90 m) zgrupowanych na dwóch obszarach (każdy z nich zajmuje powierzchnię ponad 50 km²) o łącznej mocy 120 MW, co pozwala zaspokoić potrzeby energetyczne 90 tys. gospodarstw domowych. Infrastruktura przesyłowa łącząca farmę z siecią wysokiego napięcia zarządzana jest przez przedsiębiorstwo energii elektrycznej PSE, sama zaś farma zarządza jest przez EDP Renewables Polska.

2. Farma wiatrowa Banie jest drugą największą elektrownią wiatrową w Polsce. Farma, która powstała w 2016 roku w miejscowości Banie w województwie zachodniopomorskim, składa się z 53 turbin o łącznej mocy zainstalowanej 106 MW. Inwestorem tej farmy wiatrowej jest Wiatromill (spółka zależna firmy Energix Renewable Energies z Izraela).

3. Farma wiatrowa Marszewo, która znajduje się w Marszewie w województwie zachodniopomorskim, została oddana do użytku 17 października 2013 roku jako trzecia co do wielkości farma wiatrowa w Polsce. Wówczas tworzyło ją 41 turbin Vestas V80 i V90 (każda o mocy 2 MW), obecnie natomiast pracuje 50 turbin wiatrowych, a moc farmy wynosi 100 MW. Planowany poziom produkcji na rok to ponad 220 GWh, dzięki czemu możliwe stanie się zaspokojenie zapotrzebowania na energię elektryczną około 120 tys. gospodarstw domowych. Właścicielem tej elektrowni wiatrowej jest TAURON Ekoenergia.

4. Farma wiatrowa Lotnisko jest czwartą pod względem wielkości elektrownią wiatrową, która uruchomiona została w 2015 roku przez Polską Grupę Energetyczną w Kopaniewie w województwie pomorskim. W jej skład wchodzi 30 turbin Alstom ECO 110, każda o mocy nominalnej 3.150 MW, co daje razem moc zainstalowaną 94,50 MW. Łącznie natomiast farma wiatrowa Lotnisko zajmuje ok. 550 ha, a jej produkcja brutto energii elektrycznej kształtuje się na poziomie 195 GWh rocznie.

5. Farma wiatrowa Karścino o mocy 90 MW jest piątą pod względem wielkości elektrownią wiatrową w Polsce, która zlokalizowana jest w województwie zachodniopomorskim, w powiecie białogardzkim, w okolicy miejscowości Karlino. Na projekt wybudowanej przez hiszpańską Iberdrolę składa się 60 turbin Fuhrländer FL MD 77 o jednostkowej mocy 1,5 MW. Farma zajmuje obszar o powierzchni 11 km², a moc zainstalowana wynosi 90 MW. Farma wytwarza około 170 GWh czystej ekologicznie energii elektrycznej rocznie, co pozwala na zaopatrzenie w energię prawie 80 tys. gospodarstw domowych. W 2013 roku farmę wiatrową odkupiła od Hiszpanów Grupa Kapitałowa Energa. Przy czym wartość tej transakcji, która poza sprzedażą FW Karścino, obejmowała również sprzedaż przez Iberdrolę innych farm wiatrowych oraz pakietu projektów szacowana jest łącznie na około 1,1 mld zł (część z nich nabyta została przez Energę, a część przez PGE).

Farma wiatrowa Rok powstania Moc zainstalowana [MW] Właściciel elektrowni wiatrowej
Margonin 2009 120 EDP Renewables Polska
Banie 2016 106 Wiatromill
Marszewo 2013 100 Tauron Ekoenergia
Lotnisko 2015 94,50 PGE Energia Odnawialna
Karścino 2009 90 Energa OZE

Warto tu przypomnieć, że wszystkie pięć uwzględnionych w rankingu największych elektrowni wiatrowych w Polsce zrealizowanych zostało w systemie zielonych certyfikatów, wygaszonym dla nowych inwestycji w 2016 roku. Ich właścicielom przysługują zielone certyfikaty, których sprzedaż (oprócz sprzedaży samej energii) stanowi dla nich dodatkowe źródło przychodów (będą one wydawane w okresie do 15 lat, licząc od momentu wejścia do tego systemu rozliczeń).

Elektrownie wiatrowe w Polsce – jaki koszt i dofinansowanie?

Ciągłe zmiany legislacyjne i rygorystyczny zapis w ustawie odległościowej często jest przyczyną tego, że że inwestorzy wycofują się z budowania elektrowni wiatrowych w Polsce. Na ten moment największym zainteresowaniem cieszy się u nas montaż paneli fotowoltaicznych, na co duży wpływ miało zarówno wejście w życie nowelizacji ustawy o odnawialnych źródłach energii (wprowadzającej szereg istotnych zmian w systemie wsparcia dla energii elektrycznej wytwarzanej z instalacji PV), jak i różne formy dofinansowania do fotowoltaiki. Natomiast jeśli chodzi o uczestnictwo w produkcji energii elektrycznej z elektrowni wiatrowych to sprawa komplikuje się nie tylko ze względu na rygorystyczne zapisy ustawy antywiatrakowej, ale i na wysoki koszt inwestycji oraz żmudny proces administracyjny.

Koszt budowy przemysłowej elektrowni wiatrowej wraz z infrastrukturą towarzyszącą może bowiem wynieść około 5-8 mln zł, a przy elektrowniach większej mocy końcowy rachunek może być jeszcze wyższy. Do tego dochodzą trudności ze znalezieniem odpowiedniej lokalizacji oraz długi proces administracyjny (trwający nawet kilka). Ponadto, po wybudowaniu elektrowni wiatrowej należy uzyskać koncesję na wytwarzanie energii elektrycznej (po jej uzyskaniu możliwa jest jej sprzedaż). Brak jest również form dofinansowania do elektrowni wiatrowych, tak jak ma to miejsce w przypadku fotowoltaiki. Oznacza to zatem, że budowę elektrowni wiatrowej można sfinansować w całości wyłącznie z własnych środków lub też uzyskać na ten cel wsparcie banku przedkładając około 30% wkładu własnego.

Elektrownie wiatrowe – zalety i wady

Do głównych zalet elektrowni wiatrowych należą przede wszystkim:

darmowe źródło energii jakim jest wiatr
zrównoważona i przyjazna dla środowiska naturalnego technologia
szybka amortyzacja kosztów inwestycji
brak zanieczyszczeń i toksycznych odpadów szkodliwych dla środowiska, co pozwala obniżyć emisję CO2 i ograniczyć związane z tym koszty
wpływ na rozwój gospodarki
ograniczenie importu energii z zagranicy
możliwość częściowego uniezależnienia od dostawców prądu, zwłaszcza na terenach gdzie często dochodzi do przerw w dostawie
mniejsze źródła energii stanowią uzupełnienie tzw. dużej energetyki
jako jedno ze źródeł energii odnawialnej nie wymaga wykorzystania paliw kopalnych, które prędzej czy później muszą się wyczerpać
mniejsze koszty produkcji energii elektrycznej w porównaniu z cenami prądu lub ciepła uzyskiwanymi z nieodnawialnych źródeł energii
pojedyncza turbina zajmuje mniejszą powierzchnię niż tradycyjna elektrownia, wytwarzająca porównywalną ilość energii
możliwość uprawy ziemi nawet w niewielkiej odległości od turbiny
korzyści dla właścicieli gruntów z tytułu ich wydzierżawienia inwestorom
zwiększenie dochodu gminy z tytułu podatków płynących z elektrowni wiatrowych
dywersyfikacja bezpieczeństwa dostaw
możliwość wybudowania jej na tzw. trudnym terenie, na którym lokalizacja elektrowni tradycyjnej (lub przesył energii) mogłaby być utrudniona
produkcja energii elektrycznej w taki sposób (rozwiązanie prosumenckie) może złagodzić lub nawet pokryć potencjalne braki w dostawach energii
brak odpadów poprodukcyjnych, jak chociażby w przypadku spalania węgla, które pozostawia po sobie ogromne ilości popiołu

Wśród wad elektrowni wiatrowych najczęściej wymienia się:

degradację krajobrazu i utratę niepowtarzalnych walorów krajobrazowych danego obszaru
zacienienie okolic ze względu na duże rozmiary samych wiatraków
do wybudowania farmy wiatrowej potrzebna jest duża przestrzeń, z dala od aglomeracji miejskich
energia, która jest pozyskiwana z wiatru nie jest tańsza, a budowa i pozyskanie energii z OZE objęte jest dopłatami
efekt stroboskopowy wywołany poruszaniem się łopat turbin w blasku słońca
obniżenie wartości gruntu i nieruchomości, które znajdują się w sąsiedztwie elektrowni wiatrowych (w Wielkiej Brytanii nawet o 54%)
turbiny wiatrowe są źródłem hałasu
lądowe elektrownie wiatrowe nie zapewniają znaczącego przyrostu miejsc pracy, do obsługi kilkunastu wiatraków potrzebna jest tylko jedna osoba (dużo większe szanse na zatrudnienie dają morskie farmy wiatrowe)
budowa elektrowni wiatrowej związana jest z uzyskaniem wielu pozwoleń budowlanych, co wiąże się z wydłużonym oczekiwaniem
niestabilność – wiatr jest zmienny, nie można przewidzieć z jaką siłą będzie wiał w danym czasie
negatywny wpływ na samopoczucie i zdrowie ludzi, którzy mieszkają pobliżu turbin wiatrowych, określany Syndromem Turbin Wiatrowych (ang. Wind Turbine Syndrome). Na ten moment jednak zarówno definicja, jak i dowody na istnienie tego syndromu noszą znamiona pseudonauki, nie zostały bowiem potwierdzone naukowo
farmy wiatrowe mogą docelowo powodować zmniejszenie dochodów osób działających w branży turystycznej, agroturystycznej, hotelarskiej i gastronomicznej i prowadzić do wyludniania się niektórych obszarów
zagrożenie dla zwierząt – mowa tu o śmiertelności ptaków i nietoperzy w wyniku kolizji z turbinami wiatrowymi, zmuszaniu ptaków do nadkładania drogi podczas dalekodystansowych lub lokalnych migracji, czy też opuszczenia siedlisk i miejsc żerowania

Informacje o autorze

Katarzyna Fodrowska

W kręgu jej zainteresowań leżą tematy związane z budownictwem, architekturą, energetyką i naukami przyrodniczymi. Wolny czas lubi spędzać na czytaniu i spacerach, a także oddawaniu się swoim dwóm największym pasjom, jakimi są astronomia i taniec flamenco.

Dodaj komentarz
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments