Cz. III_Wiatr, Woda.pdf

RÓDŁA I SYSTEMY

KONWERSJI ENERGII

ń RÓDŁA I SYSTEMY

KONWERSJI ENERGII

III

ENERGIA WIATRU

III

Energia wiatru (energia ruchu atmosfery) jest

Energia wiatru

(energia ruchu atmosfery) jest

przekształcon Ģ form Ģ energii słonecznej.

Wiatry

Wiatry wiej Ģ ce nad powierzchni Ģ

wiej Ģ ce nad powierzchni Ģ l Ģ dów

l Ģ dów maj Ģ

maj Ģ potencjał

potencjał

przekształcon Ģ form Ģ energii słonecznej.

Wiatr

energetyczny

energetyczny 10

krotnie przewy Ň szaj Ģ cy potencjał

Ļ ródl Ģ dowej energii wodnej

10 - krotnie przewy Ň szaj Ģ cy potencjał

Wiatr jest to ruch mas powietrza wywołany

jest to ruch mas powietrza wywołany

nierównomiernym nagrzewaniem si ħ powierzchni

Ļ ródl Ģ dowej energii wodnej i

krotnie

przewy Ň szaj Ģ cy moc obecnie zainstalowanych na

i 20

20 - krotnie

nierównomiernym nagrzewaniem si ħ powierzchni

Ziemi pod wpływem promieniowania słonecznego.

przewy Ň szaj Ģ cy moc obecnie zainstalowanych na

Ļ wiecie elektrowni.

Ziemi pod wpływem promieniowania słonecznego.

Na powstanie wiatru ma tak Ň e wpływ

Ļ wiecie elektrowni.

Pomimo tego szacuje si ħ , Ň e energia wiatru mo Ň e pokry ę

Na powstanie wiatru ma tak Ň e wpływ ruch obrotowy

ruch obrotowy

Pomimo tego szacuje si ħ , Ň e energia wiatru mo Ň e pokry ę

tylko ok.

Ziemi

Ziemi (siła

(siła Coriolisa

Coriolisa ).

tylko ok. 5%

5% globalnego

globalnego zapotrzebowania Ļ wiata na

zapotrzebowania Ļ wiata na

Około

Około 1…2%

energii promieniowania słonecznego

docieraj Ģ cego do Ziemi ulega zamianie na energi ħ

1…2% energii promieniowania słonecznego

energi ħ

energi ħ , ale a Ň

, ale a Ň 20%

20% zapotrzebowania na energi ħ

zapotrzebowania na energi ħ

docieraj Ģ cego do Ziemi ulega zamianie na energi ħ

kinetyczn Ģ wiatru.

elektryczn Ģ

elektryczn Ģ .

Rys historyczny

Do Europy

Europy wiatraki o

wiatraki o pionowej

pionowej osi obrotu trafiły dzi ħ ki

osi obrotu trafiły dzi ħ ki

wyprawom krzy Ň owym w X wieku.

wieku.

wyprawom krzy Ň owym w

Energia wiatru była najwcze Ļ niej, obok spalania drewna,

eksploatowan Ģ przez człowieka energi Ģ odnawialn Ģ .

W Polsce

Polsce wiatraki pojawiły si ħ w

wiatraki pojawiły si ħ w XIII

XIII wieku. Były to

wieku. Były to

eksploatowan Ģ przez człowieka energi Ģ odnawialn Ģ .

Pierwsze wzmianki o mo Ň liwo Ļ ciach wykorzystania

młyny wiatrowe.

Pierwsze wzmianki o mo Ň liwo Ļ ciach wykorzystania

energii wiatru znajduj Ģ si ħ w

W XVIII

XVIII wieku było ich na terenie Polski ok.

wieku było ich na terenie Polski ok. 20 000

20 000 , co

, co

energii wiatru znajduj Ģ si ħ w Kodeksie

Kodeksie Hammurabiego

Hammurabiego

wszystkich pracuj Ģ cych młynów.

Pierwsza elektrownia wiatrowa na

stanowiło ok. 50%

50% wszystkich pracuj Ģ cych młynów.

stanowiło ok.

(1750 r. p.n.e.).

Pierwsze udokumentowane informacje o zbudowanych w

(1750 r. p.n.e.).

Pierwsza elektrownia wiatrowa na Ļ wiecie

Ļ wiecie powstała w

powstała w

Pierwsze udokumentowane informacje o zbudowanych w

Persji wiatrakach o pionowej osi obrotu pochodz Ģ z

(200kW).

Pierwsza elektrownia wiatrowa w

1959 roku w Danii

1959 roku w Danii (200kW).

Persji wiatrakach o pionowej osi obrotu pochodz Ģ z

ko ı ca

Pierwsza elektrownia wiatrowa w Polsce

Polsce powstała w

powstała w

ko ı ca 1.

1. tysi Ģ clecia

tysi Ģ clecia naszej ery.

naszej ery.

1991r.

1991r. ( Lisewo

Lisewo - 150kW).

150kW).

Gwałtowny rozwój energetyki wiatrowej na Ļ wiecie

przypada na lata 90. ubiegłego wieku. W rozwoju tym

Koszty wytwarzania energii elektrycznej w

elektrowniach wiatrowych s Ģ bardzo zró Ň nicowane w

Koszty wytwarzania energii elektrycznej w

przypada na lata 90. ubiegłego wieku. W rozwoju tym

wyszczególnia si ħ dwa kierunki:

elektrowniach wiatrowych s Ģ bardzo zró Ň nicowane w

zale Ň no Ļ ci od polityki ekologicznej poszczególnych

wyszczególnia si ħ dwa kierunki:

zale Ň no Ļ ci od polityki ekologicznej poszczególnych

pa ı stw. Dla Ļ redniorocznej pr ħ dko Ļ ci wiatru

•

du Ň e elektrownie o mocy od kilkuset kilowatów

o mocy od kilkuset kilowatów do

du Ň e elektrownie

pa ı stw. Dla Ļ redniorocznej pr ħ dko Ļ ci wiatru 5 m/s

5 m/s

kilku megawatów

kilku megawatów , wł Ģ czone w krajow Ģ sie ę

, wł Ģ czone w krajow Ģ sie ę

elektroenergetyczn Ģ ,

wynosz Ģ Ļ rednio

Ļ rednio ok.

ok. 0,1

0,1 euro

euro /

/ kWh

kWh (dla pr ħ dko Ļ ci

(dla pr ħ dko Ļ ci

wynosz Ģ

elektroenergetyczn Ģ ,

10m/s

10m/s – 0,035

0,035 euro

euro/ kWh

kWh .

•

mała energetyka autonomiczna

mała energetyka autonomiczna – MTW

MTW

(gospodarstwa domowe, zakłady produkcyjne,

Moc elektryczna zainstalowana w elektrowniach

zainstalowana w elektrowniach

Moc elektryczna

(gospodarstwa domowe, zakłady produkcyjne,

telekomunikacja), przył Ģ czana do sieci wydzielonej.

wiatrowych w

wiatrowych w Europie

Europie stanowi

stanowi 61%

61% (2007)

(2007)

telekomunikacja), przył Ģ czana do sieci wydzielonej.

Ļ wiatowej mocy zainstalowanej w energetyce

mocy zainstalowanej w energetyce

Ļ wiatowej

wiatrowej.

Zainstalowana moc elektrowni wiatrowych w UE (2006r.)

Zainstalowana moc elektrowni wiatrowych na Ļ wiecie (2006r.)

48 500

25 000

50 000

20 600

45 000

20 000

40 000

35 000

30 000

15 000

11 600

25 000

20 000

10 000

13 050

11 600

15 000

9 200

6 050

10 000

3 140

5 000

1 840

2 120

1 960

5 000

1 720

150

Cała Europa Cała Ameryka

Płn.

USA

Cała Azja

Indie

Reszta Ļwiata

Niemcy

Hiszpania

Dania

Włochy

Anglia

Portugalia

Polska

W roku

W roku 2007

nast Ģ pił dalszy wzrost mocy elektrowni

wiatrowych na

2007 nast Ģ pił dalszy wzrost mocy elektrowni

wiatrowych na Ļ wiecie

Ļ wiecie ( o 27%

o 27% w stosunku do roku

w stosunku do roku 2006

2006 ).

Polska nie jest krajem o dobrych warunkach do rozwoju

energetyki wiatrowej, a mimo to szacuje si ħ , Ň e w roku

Najwi ħ kszy w:

USA: o 5 200 MW (o 45%),

energetyki wiatrowej, a mimo to szacuje si ħ , Ň e w roku 2030

2030

udział aeroenergetyki w bilansie energetycznym kraju mo Ň e

USA: o 5 200 MW (o 45%),

Hiszpanii: o 3 500 MW (o 30%),

udział aeroenergetyki w bilansie energetycznym kraju mo Ň e

wynie Ļę ponad

Hiszpanii: o 3 500 MW (o 30%),

Chinach: o 3 200 MW.

wynie Ļę ponad 8%.

8%.

Ł Ģ czna moc elektrowni w Polsce wynosi obecnie

Chinach: o 3 200 MW.

Ł Ģ czna moc elektrowni w Polsce wynosi obecnie 34 600 MW

34 600 MW ,

W Polsce

Polsce wzrost

wzrost o 130 MW (o 85%).

o 130 MW (o 85%).

a zapotrzebowanie na energi ħ elektryczn Ģ

a zapotrzebowanie na energi ħ elektryczn Ģ od 10 500 MW do

od 10 500 MW do

W Europie

Europie moc zainstalowana elektrowni wzrosła

moc zainstalowana elektrowni wzrosła o 17%.

o 17%.

25 000 MW

25 000 MW . Zainstalowana moc elektrowni wiatrowych to

. Zainstalowana moc elektrowni wiatrowych to

Moc zainstalowana w kW

kW na 1 000 mieszka ı ców:

na 1 000 mieszka ı ców:

Moc zainstalowana w

570 MW

570 MW (2009r.). Na rozpatrzenie czekaj Ģ wnioski o zgod ħ na

(2009r.). Na rozpatrzenie czekaj Ģ wnioski o zgod ħ na

budow ħ elektrowni wiatrowych o ł Ģ cznej mocy

Dania: 580,

Hiszpania: 265,

budow ħ elektrowni wiatrowych o ł Ģ cznej mocy 53 000 MW

53 000 MW .

Hiszpania: 265,

Niemcy: 250,

Polska: 4.

Charakterystyka wiatru jako Ņ ródła energii

Rejony kraju o wzmo Ň onych pr ħ dko Ļ ciach wiatru:

Przydatno Ļę wiatru dla celów energetycznych okre Ļ laj Ģ

dwie wielko Ļ ci:

Przydatno Ļę wiatru dla celów energetycznych okre Ļ laj Ģ

dwie wielko Ļ ci:

pr ħ dko Ļę

Pobrze Ň e Słowi ı skie i Kaszubskie,

Suwalszczyzna,

pr ħ dko Ļę ,

powtarzalno Ļę

Mazowsze i Pojezierze Wielkopolskie,

powtarzalno Ļę .

Optymalna

Beskid ĺ l Ģ ski i ņ ywiecki,

Optymalna pr ħ dko Ļę

11...13 m/s.

Za u Ň yteczn Ģ , dla potrzeb energetycznych, uwa Ň a si ħ

pr ħ dko Ļę wiatru

wiatru :

: 11...13 m/s.

Dolina Sanu do Sandomierza.

Najwi ħ ksze

Dolina Sanu do Sandomierza.

Za u Ň yteczn Ģ , dla potrzeb energetycznych, uwa Ň a si ħ

pr ħ dko Ļę wiatru wynosz Ģ c Ģ

Najwi ħ ksze Ļ rednie roczne pr ħ dko Ļ ci wiatru wyst ħ puj Ģ w

Ļ rednie roczne pr ħ dko Ļ ci wiatru wyst ħ puj Ģ w

pr ħ dko Ļę wiatru wynosz Ģ c Ģ co najmniej

co najmniej 4 m/s

4 m/s .

rejonie

rejonie wybrze Ň a

wybrze Ň a i Suwałk

Suwałk ( 5…6 m/s

5…6 m/s ).

ĺ rednia pr ħ dko Ļę wiatru w Polsce wynosi 3,4 m/s

ĺ rednia pr ħ dko Ļę wiatru w Polsce wynosi

3,4 m/s w

Najmniejszymi pr ħ dko Ļ ciami wiatru charakteryzuje si ħ

pr ħ dko Ļ ciami wiatru charakteryzuje si ħ

Najmniejszymi

miesi Ģ cach

miesi Ģ cach letnich

letnich i

i 3,8 m/s

3,8 m/s w okresie

w okresie zimowym

zimowym .

cała

cała wy Ň ynna cz ħĻę

wy Ň ynna cz ħĻę Polski.

Polski.

Powtarzalno Ļę jest to suma godzin, podczas których w

jest to suma godzin, podczas których w

okresie roku wieje wiatr z okre Ļ lon Ģ pr ħ dko Ļ ci Ģ .

Powtarzalno Ļę

okresie roku wieje wiatr z okre Ļ lon Ģ pr ħ dko Ļ ci Ģ .

Przebieg

Przebieg izowent

izowent na terenie Polski

na terenie Polski

Pr ħ dko Ļę wiatru ro Ļ nie wraz ze wzrostem wysoko Ļ ci

(odległo Ļ ci od powierzchni ziemi). Rozkład pr ħ dko Ļ ci

wiatru w funkcji odległo Ļ ci od powierzchni ziemi

silnie zale Ň y od rodzaju pokrycia powierzchni, czyli

od zagospodarowania terenu.

Profil pr ħ dko Ļ ci jest „

Profil pr ħ dko Ļ ci jest „ płaski

” dla terenu o wysokiej,

g ħ stej zabudowie (krzywa „

płaski ” dla terenu o wysokiej,

g ħ stej zabudowie (krzywa „ A ”) i „

”) i „ stromy

stromy ” dla terenu

” dla terenu

”).

W praktyce wykorzystywany jest przedział warstwy

otwartego, nizinnego (krzywa „

otwartego, nizinnego (krzywa „ C ”).

W praktyce wykorzystywany jest przedział warstwy

przyziemnej wiatru nie przekraczaj Ģ cy

przyziemnej wiatru nie przekraczaj Ģ cy 100 m

100 m ponad

ponad

poziom gruntu

poziom gruntu . Energia wiatru do tej wysoko Ļ ci

. Energia wiatru do tej wysoko Ļ ci

stanowi

stanowi 25%

25% całkowitej energii wiatru.

całkowitej energii wiatru.

Wi ħ ksze elektrownie wiatrowe na terenie Polski

300

Rodzaje turbin wiatrowych

250

200

Turbiny wiatrowe mo Ň na podzieli ę na dwa podstawowe

rodzaje:

Û o

150

o pionowej

pionowej osi obrotu,

osi obrotu,

100

Û o

o poziomej

poziomej osi obrotu.

osi obrotu.

w [m/s]

Profile pr ħ dko Ļ ci wiatru: A

Profile pr ħ dko Ļ ci wiatru: A – teren o wysokiej zabudowie,

teren o wysokiej zabudowie,

B – tereny le Ļ ne, o niskiej zabudowie, C

tereny le Ļ ne, o niskiej zabudowie, C – teren nizinny, otwarty

teren nizinny, otwarty

Rodzaje wiatraków: a) wiatrak młynarski wolnoobrotowy,

b) wiatrak odwadniaj Ģ cy holenderski

Rodzaje wiatraków: a) wiatrak młynarski wolnoobrotowy,

Rodzaje

Rodzaje wiatraków

wiatraków : a) karuzelow

: a) karuzelowy , b) rotorow

, b) rotorowy,

b) wiatrak odwadniaj Ģ cy holenderski Ļ rednioobrotowy

Ļ rednioobrotowy,

c) elektrownia wiatrowa szybkoobrotowa

c) wielo

wieloł opatow

opatowy

c) elektrownia wiatrowa szybkoobrotowa

Najcz ħĻ ciej współczesne turbiny wiatrowe maj Ģ wirnik

trójłopatowy

Najcz ħĻ ciej współczesne turbiny wiatrowe maj Ģ wirnik

trójłopatowy , rzadziej

, rzadziej dwułopatowy

dwułopatowy lub

lub jednołopatowy

jednołopatowy o

poziomej

poziomej osi, zamocowany w

osi, zamocowany w gondoli

gondoli stalowej lub z tworzyw

stalowej lub z tworzyw

sztucznych.

Koszt budowy

Koszt budowy elektrowni o mocy

elektrowni o mocy 2 MW

2 MW szacowany jest na

szacowany jest na

około

około 6

. zł.

Koszt elektrowni

6 mln

mln . zł.

Koszt elektrowni o mocy

o mocy 2…3

2…3 kW

kW i

i pionowej

pionowej osi obrotu

osi obrotu

Turbina wiatrowa o pionowej

osi obrotu typu „

Turbina wiatrowa o pionowej

wynosi

wynosi ok. 10 ty Ļ . zł

ok. 10 ty Ļ . zł .

osi obrotu typu „ Savonius

Savonius”

Elektrownia wiatrowa o

mocy 2 MW

Ł opaty

opaty wirników współczesnych elektrowni wiatrowych

wirników współczesnych elektrowni wiatrowych

wykonane s Ģ z

wykonane s Ģ z włókien w ħ glowych

włókien w ħ glowych lub

lub szklanych

szklanych o

długo Ļ ci

długo Ļ ci od 30 do 50

metrów, umieszczonych na wale

nap ħ dowym, który zazwyczaj poł Ģ czony jest ze

od 30 do 50 metrów, umieszczonych na wale

nap ħ dowym, który zazwyczaj poł Ģ czony jest ze

skrzyni Ģ biegów

skrzyni Ģ biegów i

i generatorem

generatorem w czaszy

w czaszy gondoli

gondoli ,

Jedna z najwi ħ kszych na Ļ wiecie elektrownia wiatrowa

znajduj Ģ cej si ħ na wie Ň y o wysoko Ļ ci 40…100

40…100 m.

znajduj Ģ cej si ħ na wie Ň y o wysoko Ļ ci

Jedna z najwi ħ kszych na Ļ wiecie elektrownia wiatrowa

pracuje koło Magdeburga. Jej moc wynosi

pracuje koło Magdeburga. Jej moc wynosi 4,5 MW

4,5 MW ,

wysoko Ļę wie Ň y:

wysoko Ļę wie Ň y: 120 m

120 m , masa samej gondoli:

, masa samej gondoli: 440 ton

440 ton .

Posiada 3 łopaty o długo Ļ ci

łopaty o długo Ļ ci 52 m

52 m , szeroko Ļ ci

, szeroko Ļ ci 6 m

6 m i

Posiada

masie

masie 20 ton

20 ton ka Ň da.

ka Ň da.

Gondola elektrowni o mocy 2 MW firmy

Gondola elektrowni o mocy 2 MW firmy Vestas

Vestas

Stabilizacj ħ mocy przy wy Ň szych pr ħ dko Ļ ciach wiatru osi Ģ ga

si ħ najcz ħĻ ciej

Stabilizacj ħ mocy przy wy Ň szych pr ħ dko Ļ ciach wiatru osi Ģ ga

Pr ħ dko Ļę rozruchu

Pr ħ dko Ļę rozruchu ( zał Ģ czania

zał Ģ czania ) elektrowni wiatrowych

) elektrowni wiatrowych

si ħ najcz ħĻ ciej przez zmian ħ k Ģ ta nastawienia łopatek

Dalszy wzrost pr ħ dko Ļ ci wiatru prowadzi do wył Ģ czenia

przez zmian ħ k Ģ ta nastawienia łopatek .

wynosi z reguły 3,5…4 m/s

wynosi z reguły

. Przebieg charakterystyki w

zakresie gdy pracuje ona z moc Ģ ni Ň sz Ģ od nominalnej

3,5…4 m/s . Przebieg charakterystyki w

Dalszy wzrost pr ħ dko Ļ ci wiatru prowadzi do wył Ģ czenia

elektrowni i zwi Ģ zanego z tym hamowaniem wirnika,

zakresie gdy pracuje ona z moc Ģ ni Ň sz Ģ od nominalnej

jest zbli Ň ony do krzywej 3. stopnia i zale Ň y od

elektrowni i zwi Ģ zanego z tym hamowaniem wirnika,

które odbywa si ħ na drodze aerodynamicznej poprzez

jest zbli Ň ony do krzywej 3. stopnia i zale Ň y od

parametrów konstrukcyjnych.

które odbywa si ħ na drodze aerodynamicznej poprzez

zmian ħ k Ģ ta nastawienia łopatek lub poprzez obrót całej

parametrów konstrukcyjnych.

Punkt

zmian ħ k Ģ ta nastawienia łopatek lub poprzez obrót całej

gondoli. Oprócz tego wirnik hamowany jest

jest ró Ň ny dla ró Ň nych

turbin, na ogół mie Ļ ci si ħ w przedziale

osi Ģ gni ħ cia mocy nominalnej

Punkt osi Ģ gni ħ cia

mocy nominalnej jest ró Ň ny dla ró Ň nych

gondoli. Oprócz tego wirnik hamowany jest tarczowym

tarczowym

turbin, na ogół mie Ļ ci si ħ w przedziale 8…15 m/s

. Jest

on cech Ģ konstrukcyjn Ģ turbiny. Po osi Ģ gni ħ ciu mocy

8…15 m/s . Jest

hamulcem hydraulicznym

hamulcem hydraulicznym .

Pr ħ dko Ļę wył Ģ czenia

on cech Ģ konstrukcyjn Ģ turbiny. Po osi Ģ gni ħ ciu mocy

nominalnej elektrownia pracuje z t Ģ moc Ģ , czyli

Pr ħ dko Ļę wył Ģ czenia wynosi zwykle

wynosi zwykle 25…30 m/s

25…30 m/s .

nominalnej elektrownia pracuje z t Ģ moc Ģ , czyli

ewentualny wzrost pr ħ dko Ļ ci (energii wiatru) nie jest ju Ň

Najwy Ň sza charakterystyczna pr ħ dko Ļę wiatru to

Najwy Ň sza charakterystyczna pr ħ dko Ļę wiatru to pr ħ dko Ļę

pr ħ dko Ļę

ewentualny wzrost pr ħ dko Ļ ci (energii wiatru) nie jest ju Ň

zamieniany na energi ħ na wale turbiny.

zniszczenia . Z reguły wynosi ona

. Z reguły wynosi ona 55 m/s

55 m/s .

zniszczenia

zamieniany na energi ħ na wale turbiny.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: