Jak powstaje energia wiatrowa i gdzie trafia prąd z wiatraków?

Wiatr to poziomy ruch powietrza względem powierzchni ziemi. Powstaje wskutek różnicy temperatur, ciśnienia i niejednorodności terenu. Aby wykorzystać go do wytwarzania prądu, niezbędna jest turbina wiatrowa.

Jak powstaje energia z wiatraków? Łopaty wirnika poruszają się, gdy uderza w nie podmuch. Energia kinetyczna wiatru jest przekształcana w mechaniczną poprzez ruch obrotowy wirnika. Następnie generator przekształca energię mechaniczną w elektryczną. O tym, jak efektywna będzie ta zamiana, decyduje wielkość generatora.

Turbiny różnią się od siebie pod względem parametrów. Do najważniejszych należą prędkość startowa i bezpieczna prędkość. Ten pierwszy parametr dotyczy minimalnej prędkości wiatru, przy której turbina zaczyna pracować. Nie jest to równoznaczne z prędkością, przy której łopatki turbiny zaczynają się obracać. Ich powolny ruch niekoniecznie bowiem generuje energię.

Turbiny mają określony zakres pracy. Górną jej granicę, przy której nie dojdzie do uszkodzenia wirnika, określa właśnie "bezpieczna prędkość". Przy zbyt dużej sile wiatru stosuje się specjalne hamulce, które wyłączają turbinę, gdy podmuchy są zbyt gwałtowne.

Ważnymi parametrami są też moc szczytowa turbiny określająca maksymalną moc, jaką może ona osiągnąć w idealnych warunkach oraz moc znamionowa, czyli moc wygenerowana przez turbinę przy określonej prędkości wiatru.

Gdzie trafia prąd z wiatraków? Najczęściej do akumulatora lub bezpośrednio do sieci energetycznej. Obecnie istnieją dwa główne typy elektrowni wiatrowych wykorzystujące dwa rodzaje turbin:

• HAWT - z poziomą osią obrotu;
• VAWT - z pionową osią obrotu.

HAWT przypominają tradycyjne wiatraki. Doskonale sprawdzają się, jeśli chodzi o wydajność przy dużych prędkościach wiatru. Nowocześniejsze VAWT są droższe w budowie, pozwalają jednak turbinie na pracę niezależną od kierunku podmuchów.

Czytaj w Zielonej Interii | Wiatraki wykręciły kolejny rekord. Pokazały na co je stać

Energia wiatrowa to czysty surowiec. Elektrownie wiatrowe nie produkują odpadów i zanieczyszczeń. Turbiny można też budować w trudniejszym terenie. Doskonale sprawdzają się zarówno na lądzie, jak i na morzu. Farmy z turbinami HAWT wymagają mniej miejsca niż tradycyjne elektrownie, wytwarzając podobną ilość prądu, a VAWT można instalować nawet na dachach budynków.

Jako argumenty przeciw elektrowniom wiatrowym podaje się najczęściej mniejszą wartość gruntów otaczających stanowiska z turbinami, szkodliwość dla zdrowia z powodu szumu o niskiej częstotliwości i infradźwięków oraz problemy dla środowiska.

Sam koszt budowy farmy wiatrowej wymaga sporych funduszy (budowa w Polsce to obecnie koszt 1,2 mln euro/MW - w zależności od liczby turbin), ale produkcja energii elektrycznej jest tańsza. W przypadku małych instalacji wiatrowych na potrzeby gospodarstwa domowego lub fabryki takie rozwiązanie szybko się amortyzuje. Dzięki temu można też uzyskać energetyczną niezależność i stabilność.

W skali krajowej wiatr jest najtańszą formą energii i koszt jej wytworzenia jest aż trzy razy niższy niż w przypadku elektrowni konwencjonalnych. Cena referencyjna dla elektrowni wiatrowych z grudnia 2021 roku wyniosła 250 zł/MWh. W związku z kryzysem energetycznym aktualne ceny są jednak wyższe.

Energetyka wiatrowa w Polsce to obecnie obok fotowoltaiki najważniejsze źródło odnawialne w produkcji energii elektrycznej. W 2021 roku wybudowano 48 nowych instalacji wiatrowych. Ile prądu wytwarzają energie wiatrowe w Polsce? Łączna moc generowana przez wszystkie elektrownie tego typu wyniosła 7,1 GW, co stanowiło przyrost o 11,5%. Całkowita produkcja energii elektrycznej z elektrowni wiatrowych w ubiegłym roku to ponad 30 TWh.

Powstawanie nowych stanowisk ogranicza zasada 10H. Na mocy ustawy z 20 maja 2016 roku elektrownia wiatrowa nie może być zbudowana w odległości mniejszej niż 10-krotna wysokość turbiny (wliczając uniesione łopaty) od zabudowań mieszkalnych, kompleksów leśnych i form ochrony przyrody. 

Obecnie trwają prace nad złagodzeniem tych przepisów.