JAK POWSTAJE WIATR
Należy jeszcze dodać: orkan, tornado, tajfun, trąba powietrza itp. Do niedawna wymienione nazwy znane nam były jedynie z przekazów medialnych. Obecnie, coraz częściej, możemy się sami przekonać o ich sile, zawartej w tym żywiole energii, niszczącej wszystko, co stoi jej na drodze.
Skąd się więc biorą tego typu zjawiska przebiegające w atmosferze ziemskiej?
Wiatr, bo o nim piszemy, powstaje w wyniku różnic ciśnienia atmosferycznego, a wyże i niże, obszary o różnym ciśnieniu zależne są od temperatury i gęstości. Zjawiska te są na tyle skomplikowane, iż mimo posługiwania się komputerami o dużej mocy, udaje się prognozować pogodę (ciśnienie, temperatura, wilgotność, opad, siła i kierunek wiatru) najwyżej na trzy dni, a dłuższe prognozy należy uznać za „wróżenie z fusów”.
Jak więc, przy tak zmiennych i nieprzewidywalnych zjawiskach, możliwa jest budowa urządzeń pozyskujących energię z ruchu cząstek atmosfery?
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, używając młynów wiatrowych. W VIII wieku w Europie pojawiły się duże wiatraki 4-skrzydłowe, w których budowie wyspecjalizowali się Holendrzy.
ENERGETYCZNE MOŻLIWOŚCI
Energia wiatru przynosi największe korzyści, gdy przetwarzamy ją na prąd elektryczny. Niestety nie wszystkie wiatry da się wykorzystać. Tajfuny lub cyklony to wiatry, których siły, przy obecnej technologii, nie można wykorzystać.
Wiatry dzielimy ze względu na okres występowania na:
- stałe - np. pasaty,
- sezonowe (okresowe) - np. monsuny,
- nieokresowe - np. fen i wszystkie o gwałtownym przebiegu.
Najlepsze efekty uzyskalibyśmy, gdyby wiatry wiały w ciągu całej doby i w dodatku z jednakową siłą. Okazuje się, że pasat, ciepły wiatr o umiarkowanej sile (3~4°B), wieje w strefie międzyzwrotnikowej między 35° szerokości północnej i 35° szerokości południowej, natomiast największe zapotrzebowanie na energię elektryczną występuje w krajach uprzemysłowionych. Ich największa koncentracja jest w strefie umiarkowanej, gdzie panują bardzo zmienne warunki pogodowe, a więc również zmienne warunki wietrzne.
Okazuje się jednak, że i w strefie umiarkowanej można znaleźć obszary z długimi w ciągu roku okresami wietrznymi.
Najbardziej korzystne są wiatry o prędkości od 15 do 25 m/s, wiejące na wysokości od 70 do 150 m. Takie warunki umożliwiają od 1000 do 2000 godzin rocznej eksploatacji elektrowni wietrznej.
FARMY WIATRAKÓW
Dotychczasowe badania wskazują, iż najkorzystniejsze warunki dla pozyskania energii wietrznej występują na:
- wierzchołkach samotnych wzgórz nie wyższych niż 1000 m;
- samotnych wzniesieniach na obszarach płaskich;
- wybrzeżach morskich.
Wykorzystując jedynie 10% niesionej przez wiatr energii moglibyśmy zdobyć jej aż 20-krotnie więcej niż wynosi światowe zużycie. Na dzień dzisiejszy energia wietrzna zaspokaja jedynie w 1% zapotrzebowanie energetyczne naszego świata.
Aby inwestycja przyniosła konkretne rezultaty, niezbędna jest budowa tzw.„farmy wiatraków”, to jest od kilku do kilkudziesięciu wiatraków, tworzących elektrownię wietrzną. Aby uzyskać 1 MW mocy, wirnik turbiny wiatrowej powinien mieć średnicę około 50 metrów, a uzyskanie mocy sięgającej 2 GW wymaga ustawienia 1000 wiatraków. W rzeczywistości elektrownie wiatrowe pracują ok. 1500 – 2000 godzin rocznie, tj, trzykrotnie krócej niż elektrownie konwencjonalne. Mimo konieczności budowy dużej ilości wiatraków, a tym samym dużych nakładów inwestycyjnych, koszty uzyskania tą drogą energii są trzykrotnie niższe niż np. w elektrowni węglowej. Wynika to z bardzo niskich kosztów eksploatacyjnych.
Niestety elektrownie wietrzne, tak jak każda elektrownia, nie są obojętne dla środowiska i zdrowia ludzi. Przede wszystkim turbiny wiatrowe emitują uciążliwy hałas. Standardy hałasu są zachowane dopiero w odległości około 500 m od turbiny wiatrowej. Nie należy też zapominać o jednostajnym szumie powodowanym przez obracające się śmigła. Wpływa to negatywnie na zdrowie psychiczne ludzi. Dużym zagrożeniem dla ptaków, szczególnie wędrujących (w okresie wiosennym i jesienią przy mglistej pogodzie), są obracające się śmigła. We mgle ptaki nie widzą przeszkody. Wpadają w będące w ruchu śmigła. Giną lub są ciężko okaleczane. Dużym zagrożeniem są zwłaszcza wiatraki o wysokości przekraczającej 100 m, których rozpiętość śmigieł wynosi 60 m, a prędkość wirnika jest równa 20 - 50 obrotów w ciągu minuty. Poza hałasem i zagrożeniem dla ptaków niewątpliwie turbiny wiatrowe psują krajobraz. Okazało się też, że elektrownie wiatrowe mogą niekorzystnie wpływać na lokalny klimat – większe skupiska wiatraków powodują wzrost temperatury powietrza nawet o 2°C i mogą być przyczyną zwiększenia szybkości wiatru o 2 m/s.
NIEMCY LIDEREM
W trakcie nocnej podróży przez Niemcy zwróciłem uwagę na czerwone, migające światełka. Najwięcej jest ich pomiędzy Magdeburgiem a Brunszwikiem. Piękny efekt świetlny, oczywiście tylko dla szybko poruszających się podróżnych. A jak te migocące światełka wpływają na psychikę mieszkańców? Czas to pokaże!
Największą elektrownię wiatrową zbudowano w USA w Kalifornii. Skupia 15000 wiatraków. Moc farmy pozwala na zaopatrzenie w energię elektryczną 1,3 mln domków jednorodzinnych lub całe San Francisco.
W Europie do 2002 roku zainstalowano 23000 MW mocy. Największą europejską elektrownią jest elektrownia w Walii, nieopodal Carno. Ma ona moc równą 30 MW, a jej możliwości to zaopatrzenie 25000 rodzin w energię elektryczną, natomiast liderem w wykorzystaniu energii wiatru są Niemcy. W Niemczech jest 6 tysięcy siłowni wiatrowych, których łączna moc jest równa 12 tysięcy MW.
W Polsce tylko w niewielu miejscach sezonowo prędkość wiatru przekracza 4 m/sek, co uznawane jest za minimum, aby mogły pracować urządzenia prądotwórcze wiatraków energetycznych. Średnia prędkość wiatrów wynosi 2,8 m/s w porze letniej i 3,8 m/s w zimie.
CISZA WIATROWA
Na terenie Polski przeważają strefy ciszy wiatrowej. Tylko nad Bałtykiem oraz w okolicach Suwałk można mówić o jakimkolwiek rozwoju wiatraków. Specjaliści z Politechniki Szczecińskiej twierdzą wręcz, że rola energii wiatrowej w bilansie energetycznym Polski jest i będzie w przyszłości pomijalnie mała. Mimo to mamy w Polsce elektrownie wiatrowe. Obecnie jest ich 28, a ich łączna moc wynosi 9 MW. Największe dwie mają moc 600 kW, a ich lokalizacja to Swarze koło Pucka. W okolicach Krakowa, w miejscowości Rytro znajduje się elektrownia mająca moc 100 kW. Z kolei Niemcy budują coraz więcej turbin wiatrowych. Jednakże i oni mieli już okazję zetknąć się z problemem tzw. ciszy wiatrowej. W 2003 roku upalne lato nad większością obszaru Europy spowodowało ciszę wiatrową o rozmiarach klęski: stanęły wiatraki, i gdyby nie konwencjonalne źródła energii, na wielu terenach zabrakłoby prądu. W ogóle problem ciszy wiatrowej wydaje się być niedocenianą do tej pory przeszkodą w planach wykorzystania energii wiatru. Wybudowane już w Niemczech turbiny wiatrowe mogą produkować do 15% zapotrzebowania na energię elektryczną, jednak problemy ze zjawiskiem ciszy wiatrowej powodują, że produkują tej energii zaledwie 3%.
Ryszard Jerosz