Google+

Coraz większe zainteresowanie wzbudzają turbiny wiatrowe montowane „na małą skalę”, czyli na potrzeby budynków mieszkalnych czy gospodarskich. Inwestorzy powinni jednak mieć na uwadze, że obowiązują tu znacznie bardziej rozbudowane procedury, niż chociażby w przypadku inwestycji w instalację fotowoltaiczną. Przepisy dokładnie precyzują, które z konstrukcji wymagają zdobycia pozwolenia na budowę (np. turbina posadowiona na fundamencie, trwale związana z gruntem), a które nie (turbina zamontowana na budynku).

Fot. 1. Układy poziome (HAWT) stanowią większość realizowanych instalacji, co wynika przede wszystkim z niższej ceny tego rozwiązania Fot. 1. Układy poziome (HAWT) stanowią większość realizowanych instalacji, co wynika przede wszystkim z niższej ceny tego rozwiązania

Mała elektrownia wiatrowa może funkcjonować jako dodatkowe lub samodzielne źródło energii. W sytuacji, gdy instalacja uzupełnia zasilanie budynków podłączonych do sieci elektroenergetycznej, turbina jest przeważnie wykorzystywana do dostarczania energii na wydzielony obwód, np. oświetleniowy lub też dostarcza energię elektryczną do działania ogrzewania podłogowego; innym przykładem zastosowania jest ogrzewanie wody.
Głównym elementem turbiny wiatrowej jest wirnik, który przekształca energię wiatru w energię mechaniczną. Z tej z kolei generator produkuje energię elektryczną. Rocznie system może wyprodukować taką ilość energii elektrycznej, która odpowiada 25% iloczynu mocy nominalnej turbiny oraz liczby godzin pracy (przy mocy minimalnej 4 kW będzie to 4 kW x 24 h x 365 dni x 25% = 8 760 kWh rocznie). Na zaspokojenie potrzeb domu jednorodzinnego (ok. 4500 kWh) wystarczy instalacja o mocy nominalnej na poziomie 2 kW. Należy poza tym pamiętać, że turbiny wiatrowe najczęściej magazynują część energii w akumulatorach – nadwyżkę można wykorzystać np. w bezwietrzny dzień. Jednocześnie warto zauważyć, że akumulator jest stabilizatorem dla urządzeń przetwarzających energię elektryczną, łagodzącym skutki nierównomiernej wydajności urządzeń OZE.

Fot. 2. Elektrownia wiatrowa może wytworzyć tylko tyle energii ile odbierze od wiatru Fot. 2. Elektrownia wiatrowa może wytworzyć tylko tyle energii ile odbierze od wiatru

W inwestycjach prywatnych wykorzystuje się turbiny o poziomej osi obrotu tylu HAWT (czyli horizontal axis wind turbine) oraz pionowej osi obrotu typu VAWT (vertical axis wind turbine). Układy poziome stanowią niemal 95% realizowanych instalacji, co wynika przede wszystkim z niższej ceny rozwiązania.
Małe elektrownie wiatrowe o poziomej osi obrotu skonstruowane są z obrotnicy oraz prądnicy zabudowanych wewnątrz gondoli, steru regulacji kierunkowej, wirnika i sterownika elektronicznego kontrolującego i regulującego pracę urządzenia.

Turbiny o poziomej osi obrotu (HAWT)

przeznaczone dla odbiorców indywidualnych i dla małych firm. Ze względu na możliwość montowania ich w bezpośrednim sąsiedztwie gospodarstw domowych są tak zaprojektowane, żeby były nie uciążliwe dla użytkowników i proste w obsłudze.
Modele elektrowni wiatrowych o mocy do 5 kW zwykle, ze względu na prostotę montażu i koszty, montuje się ma masztach z linami odciągowymi. Większe elektrownie zwykle stają na konstrukcjach wolnostojących.
Elektrownia wiatrowa może wytworzyć tylko tyle energii ile odbierze od wiatru. Mylnym jest przekonanie, że elektrownia wiatrowa o mocy znamionowej powiedzmy 3 kW, tyle właśnie mocy zawsze wytwarza. Zrozumiałym jest przecież, że jeżeli nie ma wiatru, to elektrownia nie jest w stanie wyprodukować żadnego prądu. Przy małej prędkości wiatru tej energii będzie mało, a przy dużej dużo. Jak więc policzyć ile faktycznie prądu wytworzy elektrownia wiatrowa? Od razu odpowiadamy, że opieranie się tylko na średniej prędkości wiatru jest niewłaściwym podejściem. Dlaczego? Ano gdyby tylko przyjąć średnią prędkość wiatru, to wyjdzie wynik nieprawdziwy, zaniżony. W rzeczywistości bowiem w ciągu okresu pracy występują wiatry o większej i mniejszej sile. Te o mniejszej sile są mało znaczące. Te o większej sile mogą umożliwić wyprodukowanie kilka razy więcej energii niż to wynika tylko ze średniej prędkości. Wraz ze wzrostem prędkości wiatru, ilość wytworzonej energii rośnie bardziej niż prędkość wiatru. Dlatego dla prawidłowego pomiaru należy uwzględnić ilość dni (dla dokładnych ilość godzin), w których będzie określona prędkość wiatru i zsumować dla tych małych okresów ilość wytworzonej energii. Może powstać też pytanie: dlaczego przy dużych prędkościach wiatru (powyżej 14 m/s) nasze elektrownie wiatrowe pracują mniejszą mocą. Spowodowane jest to ograniczeniami konstrukcyjnymi. Elektrownia musi dobrze pracować już przy małej prędkości wiatru, w warunkach jakie występują najczęściej. Przy większych prędkościach wiatru elektrownia ma za zadanie przede wszystkim przetrwać (energia wiatru jest zbyt duża) i wówczas nie może już efektywnie produkować prądu.

Fot. 3. Do zalet turbin typu VAWT należy cicha praca (niskie obroty), brak silnych drgań oraz
bezpieczeństwo dla ptaków Fot. 3. Do zalet turbin typu VAWT należy cicha praca (niskie obroty), brak silnych drgań oraz bezpieczeństwo dla ptaków

Turbiny o pionowej osi obrotu (VAWT)

Elektrownie VAWT, jak każde urządzenie, mają swoje wady i zalety. Niewątpliwie do zalet należy cicha praca (niskie obroty), brak silnych drgań, bezpieczeństwo dla ptaków. Do wad zaliczyć należy przede wszystkim dużą masę, koszty części, niską sprawność. Elektrownie o pionowej osi obrotu są produktem przygotowanym dla specjalnych warunków i dla klientów, którym zależy głownie na zaletach tych elektrowni. Klienci ci muszą się liczyć z mniejszą wydajnością. W zamian za to mogą montować elektrownie bezpośrednio na budynku czy w najbliższym sąsiedztwie zabudowań, jak również w miejscach, gdzie nie uzyskaliby zgody na postawienie klasycznej elektrowni. Oczywistym jest przecież, że z powierzchni jaką posiada elektrownia pionowej osi obrotu połowa (w praktyce nawet zaledwie 45%) pracuje na wytworzenie energii, a druga połowa stanowi opór uniemożliwiający uzyskanie większej sprawności. Stąd wydajność takiej elektrowni jest na poziomie 40%. Moc uzyskiwana jest z energii wiatru, a ta jest liczona w trzeciej potędze prędkości. Stąd mamy wzór, że energia jaką wytworzy generator będzie wprost proporcjonalna do powierzchni łopat wirnika pomnożonej przez prędkość wiatru do trzeciej potęgi pomnożonej przez sprawność elektrowni. Elektrownie wiatrowe VAWT posiadują dużą masę bezwładności – stąd porywy wiatru nie są w stanie zwiększyć chwilowej mocy wytwarzanej przez elektrownię. Takie porywy liczy się do średniej pomiarowej prędkości wiatru, ale nie generują przyrostu mocy. Natomiast chwilowe zaniki wiatru powodują natychmiastowe wytracenie energii wirnika, który po prostu przyhamowuje. Stąd oczywistym musi być fakt, że w warunkach laboratoryjnych wynik pomiaru wytworzonej energii przy stałej prędkości wiatru będzie inny (wyższy) niż wynik pomiaru wytworzonej energii dla średniej prędkości wiatru w czasie pomiarów w środowisku naturalnym.

WAŻNE!
Turbina nie może pracować samodzielnie bez obciążenia tzn. bez podłączonego kontrolera (ewentualnie inwertera pełniącego, między innymi, funkcję kontrolera elektrowni wiatrowej). Kontroler na swym wyjściu generuje prąd stały (DC) i w przypadku, gdy występuje konieczność podłączenia do zestawu elektrowni wiatrowej odbiorników prądu zmiennego (czyli takiego jaki występuje w sieci), należy skorzystać z przetwornicy (ewentualnie inwertera, który także posiada funkcjonalność przetwornicy).

Wszystkie elektrownie wiatrowe kiedy osiągną już obroty umożliwiające ładowanie akumulatorów pracują mniej więcej przy stałej prędkości obrotowej. Wynika to z faktu uzyskania poziomu napięcia aktualnego naładowania akumulatorów. Przy większej sile wiatru wzrasta wówczas jedynie moc wytwarzana przez generator (w praktyce rośnie prąd ładowania) bez zwiększania prędkości obrotowej. Elektrownie wiatrowe „lubią” stały wiatr. Chwilowe podmuchy wiatru nie są specjalnie wykorzystane przez generator ponieważ wprowadzają zaburzenia w ruchu wiatru (zawirowania).

Rys. 1. Proces przyłączenia w trybie zgłoszenia Rys. 1. Proces przyłączenia w trybie zgłoszenia

Procedury procesu przyłączeniowego źródło mikroinstalacji OZE do infrastruktury energetycznej w oparciu o procedury ENERGA-OPERATOR

Mikroinstalacja – to instalacja Odnawialnego Źródła Energii (OZE) o łącznej mocy zainstalowanej elektrycznej nie większej niż 40 kW. Sposób podłączenia źródła mikroinstalacji do sieci ENERGA-OPERATOR SA jest zależny od jej mocy zainstalowanej i wyróżnia się dwa tryby podłączenia: 1. Proces przyłączenia w trybie zgłoszenia, 2. Proces przyłączenia w trybie umowy o przyłączenie.

Proces przyłączenia w trybie zgłoszenia

Przyłączenia mikroinstalacji w trybie zgłoszeniowym może dokonać odbiorca końcowy, który: dokonuje zakupu energii na własny użytek (nie zalicza się do tego energii elektrycznej zakupionej na potrzeby wytwarzania, przesyłania lub dystrybucji), jest stroną umowy o świadczenie usług dystrybucji energii elektrycznej lub umowy kompleksowej - niezależnie od tego czy jest osobą fizyczną, czy prowadzi działalność gospodarczą.
Wytwarzanie energii elektrycznej w mikroinstalacji nie wymaga uzyskania koncesji na wytwarzanie energii. Zgodnie z Ustawą o odnawialnych źródłach energii tryb przyłączenia mikroinstalacji na zgłoszenie różni się w zależności od statusu odbiorcy końcowego, rozróżnia się prosumenta i wytwórcę w mikroinstalacji nie będącego prosumentem.
Prosumentem jest odbiorca końcowy dokonujący zakupu energii elektrycznej na podstawie umowy kompleksowej, wytwarzający energię elektryczną wyłącznie z odnawialnych źródeł energii w mikroinstalacji w celu jej zużycia na potrzeby własne, niezwiązane z wykonywaną działalnością gospodarczą regulowaną ustawą z dnia 2 lipca 2004 r. o swobodzie działalności gospodarczej.
Prosumentem może być:

  • osoba fizyczna,
  • osoba fizyczna prowadząca działalność gospodarczą pod warunkiem, że wytwarza energię na potrzeby niezwiązane z prowadzoną działalnością,
  • osoba prowadząca gospodarstwo rolne, rybackie, sadownicze, hodowlane – pod warunkiem, że działalność ta nie jest objęta ustawą z dnia 2 lipca 2004 r. o swobodzie działalności gospodarcze,
  • jednostka samorządu terytorialnego,
  • spółdzielnia i wspólnota mieszkaniowa,
  • kościół i związki wyznaniowe

Wytwórcą w mikroinstalacji, w myśl ustawy OZE, jest odbiorca końcowy niebędący prosumentem.

Rys. 2. Proces przyłączenia w trybie umowy o przyłączenie Rys. 2. Proces przyłączenia w trybie umowy o przyłączenie

Proces przyłączenia w trybie umowy o przyłączenie

Tryb umowy o przyłączenie będzie obowiązywał, gdy moc zainstalowana jest większa od dotychczasowej mocy przyłączeniowej punktu poboru lub jest to całkowicie nowy punkt poboru. Tryb umowy o przyłączenie dla instalacji OZE realizowany jest jako nowe przyłącze i obowiązujące jest dla niego postępowanie identyczne jak w procesie przyłączenia.
Wnioskodawca składa do ENERGA-OPERATOR SA wniosek o określenie warunków przyłączenia mikroinstalacji do sieci elektroenergetycznej wraz z kompletem następujących załączników

  • dokument potwierdzający tytuł prawny do korzystania z obiektu lub nieruchomości, w którym będzie zainstalowana mikroinstalacja,
  • plan zabudowy na mapie sytuacyjnowysokościowej lub za zgodą EOP
  • szkic sytuacyjny, określający usytuowanie przyłączanej mikroinstalacji względem istniejącej sieci oraz usytuowanie sąsiednich obiektów,
  • parametry techniczne, charakterystykę ruchową i eksploatacyjną przyłączanych urządzeń, instalacji lub sieci w tym specyfikację techniczną odnawialnego źródła energii,
  • planowany elektryczny schemat wewnętrzny obiektu uwzględniający przyłączenie mikroinstalacji,
  • deklarację zgodności parametrów technicznych przyłączanych instalacji, urządzeń lub sieci elektromagnetycznej z aktualną dyrektywą niskonapięciową LVD oraz dyrektywą kompatybilności.

Fot. 4. Mikroinstalacja, to instalacja Odnawialnego
Źródła Energii (OZE) o łącznej
mocy zainstalowanej elektrycznej
nie większej niż 40 kW Fot. 4. Mikroinstalacja, to instalacja Odnawialnego Źródła Energii (OZE) o łącznej mocy zainstalowanej elektrycznej nie większej niż 40 kW

W przypadku kompletności wniosku o określenie warunków przyłączenia, ENERGAOPERATOR SA w terminie 30 dni od dnia złożenia kompletnego wniosku określa warunki przyłączenia i przesyła je do Wnioskodawcy wraz z projektem umowy o przyłączenie.
Warunki przyłączenia są ważne 2 lata od dnia ich doręczenia Wnioskodawcy (Podmiotowi Przyłączanemu). W tym okresie należy zawrzeć umowę o przyłączenie, w przeciwnym wypadku warunki przyłączenia utracą ważność.
Podpisanie umowy jest podstawą do rozpoczęcia realizacji procesu inwestycyjnego, którego efektem będzie przyłączenie mikroinstalacji do sieci elektroenergetycznej (dotyczy sytuacji gdy sieć elektroenergetyczna wymaga budowy przyłącza lub/i rozbudowy sieci).
Po obustronnym podpisaniu umowy o przyłączenie, rozpoczyna się proces realizacji przyłączenia, który składa się z dwóch głównych etapów – opracowania dokumentacji projektowej i wybudowania urządzeń koniecznych do zasilenia obiektu. Przyłączenie obiektu do sieci ENERGA-OPERATOR SA nastąpi po zrealizowaniu następujących obowiązków stron wynikających z umowy tj.:

  • Klient wykona mikroinstalację w przyłączanym obiekcie
  • Klient dostarczy do ENERGA-OPERATOR SA projekt zagospodarowania działki lub terenu
  • Klient dostarczy do ENERGA-OPERATOR SA decyzję administracyjną na budowę w zakresie obiektu, w którym będzie znajdować się mikroinstalacja.
  • Klient dokona zgłoszenia gotowości mikroinstalacji na druku „Oświadczenie o gotowości instalacji przyłączanej”
  • ENERGA-OPERATOR SA dokona realizacji prac projektowych oraz budowlano- montażowych w zakresie przyłącza i rozbudowy sieci – przewidziany w umowie o przyłączenie czas realizacji – 14 miesięcy.

Powyższe nie dotyczy sytuacji, gdy sieć elektroenergetyczna nie wymaga budowy przyłącza lub/i rozbudowy sieci. Wówczas przyłączenie mikroinstalacji do sieci ENERGA-OPERATOR SA nastąpi po zrealizowaniu następujących obowiązków stron wynikających z umowy tj.:

  • wykonaniu mikroinstalacji w przyłączanym obiekcie po stronie wnioskodawcy (Podmiotu Przyłączanego),
  • powiadomieniu o gotowości mikroinstalacji do przyłączenia przez Wnioskodawcę (Podmiot Przyłączany),
  • po stronie ENERGA-OPERATOR SA nie ma żadnych prac związanych z przyłączeniem (czas realizacji – w dniu zawarcia umowy).

Piotr Duda,
AirGenerator

Zdaniem EKSPERTA
Jak dobrać miejsce montażu generatora wiatrowego?

Instalację elektrowni wiatrowej należy zacząć od wyboru miejsca, które nie jest osłonięte od wiatru. Wydaje się to oczywiste, ale często patrząc z poziomu gruntu może się wydawać, że na pewnej wysokości jest już otwarta przestrzeń, tymczasem pobliskie drzewa lub budynki mają często więcej niż 15 m. W takim wypadku należało by zastosować odpowiednio wysoki maszt, ale problem jest taki, że koszt wysokiego masztu może przekroczyć cenę samego urządzenia. Dlatego przyjmuje się, że wiatrak powinien stać na wzgórzu lub na terenie płaskim o niskiej zabudowie bez wysokiego zadrzewienia. Niestety posiadając grunt o małej powierzchni często nie ma wyboru. Z drugiej strony posiadając nawet dużą działkę często odległość od potencjalnej, najlepszej lokalizacji, do najbliższego przyłącza elektrycznego może być na tyle znacząca, że płożenie przewodów od wiatraka do sieci może okazać się karkołomnym przedsięwzięciem. Na całe szczęcie przydomowe turbiny wiatrowe są budowane z uwzględnieniem niezbyt idealnych warunków wietrzności. Zwykle wiatraki przydomowe montuje się na masztach 6-12 m. Wiatrak nie jest dla każdego i jeżeli w pobliżu potencjalnej instalacji jest las, to należy odpuścić sobie montaż elektrowni wiatrowej. Jedno drzewo nie stanowi większego problemu, szczególnie, że w zimie, kiedy potrzeba najwięcej energii drzewa bez liści nie są wielką przeszkodą.

Czy efektywność elektrowni wiatrowej jest taka sama niezależnie od części kraju?

Ilość uzyskanej energii z elektrowni wiatrowej bardziej zależy od warunków lokalnych niż położenia geograficznego. Wiadomo, że więcej wiatrów mamy na wybrzeżu czy w pasie górskim, jednak na tych samych terenach ukształtowanie terenu często jest na tyle urozmaicone, że można trafić w dołek. Tak to jest z wiatrem, że kiedy przemieszczają się masy powietrza, to w jednym obszarze nie ma wiatru, ale w innym miejscu taka sama ilość powietrza musi się przemieścić i tam wieje mocniej. Jest to szczególnie odczuwalne na niższych wysokościach, gdzie czuje się „przeciąg”. Takie miejsca są idealne do budowy elektrowni wiatrowych. Na terenach równinnych wiatry zwykle są przeciętne, ale za to stabilne, bez gwałtownych podmuchów. Turbiny wiatrowe „lubią” stały przepływ wiatru. W przypadku zbyt silnych podmuchów muszą zostać zatrzymane. Dlatego konstruując łopatki turbin uwzględnia się przeciętne warunki, jakie występują najczęściej na danym obszarze. Dzięki temu można montować wiatraki niemal w każdym miejscu bez większych obaw o ich wydajność.

Czy na montaż generatora wiatrowego potrzebne jest jakieś pozwolenie?

Na samą instalację generatora wiatrowego do celów domowego gospodarstwa nie są wymagane żadne pozwolenia, tak jak nie wymaga się pozwoleń na montaż anteny satelitarnej czy flagi. Z drugiej strony każda konstrukcja, która posiada fundament wymaga pozwolenia na budowę. Na całe szczęście większość przydomowych wiatraków można montować na masztach z linami odciągowymi bez fundamentów. Są to konstrukcje nietrwale związane z gruntem i żadne pozwolenia budowane nie są zwykle wymagane. Wyjątkiem będą tereny chronione, gdzie nie można niczego montować bez zgody władz. Szczególną zaletą masztów z odciągami są dużo niższe koszty samego masztu i całej budowy. Taki masz można samodzielnie postawić, podobnie jak na żaglówce składa się maszt przepływając np. pod mostem. Niestety wadą tego rozwiązania jest konieczność regulacji lin, przynajmniej dwa razu w roku. Poza tym taka konstrukcja zajmuje nieco więcej miejsca niż zwykły słup wolnostojący. W przypadku wieży wolnostojącej wymagane jest pełne pozwolenie na budowę. Zebranie wszystkich wymaganych dokumentów jest dość czasochłonne i kosztowne. Dodatkowo koszty samego fundamentu i słupa wskazują raczej na zastosowanie tego rozwiązania dla większych elektrowni wiatrowych, ponad 10 kW.

Jaki jest okres zwrotu inwestycji w przydomową elektrownię wiatrową?

Czas zwrotu z inwestycji w elektrownię wiatrową zależy od wielu czynników. Podstawowe to koszty urządzenia, koszty instalacji, ilości i sposobu zagospodarowania wyprodukowanej energii. W przypadku instalacji wyspowych (niezależnych od sieci energetycznej) dochodzą jeszcze koszty akumulatorów. Każdą inwestycję należy przeliczyć indywidulanie uwzględniając zapotrzebowanie na energię. Ponieważ najczęściej do celów przydomowych wykorzystywane są elektrownie o mocach od 500 W do 2 kW wybierzemy dla przykładu średni model 1kW. Całkowite koszty urządzenia zamykają się w kwocie 6500 zł. Koszt montażu w tym wypadku można pominąć, ponieważ wiatrak jest przeznaczony do samodzielnej instalacji przez użytkownika. Zakładamy, że wiatrak będzie zamontowany w przeciętnych warunkach wietrzności i będzie wytwarzał 1/3 swojej mocy znamionowej czyli około 300 W. Zakładamy, że cała energia zostanie wykorzystana na własne, bieżące potrzeby odbiorcy. Przyjmiemy koszt zaoszczędzonej energii na 0,50 zł/kWh. Stąd wynika, że przedmiotowy wiatrak wyprodukuje 300 W x 24 h x 365dni = 2628000 Wh = 2628 kWh rocznie. Czyli rocznie zaoszczędzi 2628 kWh x 0,50 zł/kWh = 1314 zł (ponad 100 zł mniej z rachunku za energię elektryczną miesięcznie). Z powyższego mamy: 6500 zł/1314 zł = 4,95, zwrot w 5 lat. Należy tu zwrócić szczególną uwagę, że każda instalacja jest inna i inne są warunki jej zwrotu. Jednak przyznaję, że niemal w każdych warunkach instalacja się zwraca w sensownym okresie czasu i na pewno jest inwestycją ekonomiczną nie wspominając już o niebanalnych efektach ekologicznych.