Farmy wiatrowe - rozwiązanie dla energetyki lokalnej (cz. 4)

prof. Andrzej Chochowski
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Potencjał i rozwój energetyki wiatrowej w Polsce

Z roku na rok postęp technologiczny powoduje, że wzrasta zarówno moc siłowni wiatrowych jak i ich wielkość (tab. 1.). W Polsce energetyka wiatrowa rozwija się od blisko 20 lat. Proponowane wcześniejsze rozwiązania dotyczyły turbin bardzo małej mocy, co najwyżej kilka kW i na ogół pracujących na sieć wydzieloną. Nie stanowiło to ani problemu technicznego, a ze względu na małą ilość tych elektrowni, nie stwarzało zagrożenia ekologicznego. Zainteresowanie wykorzystaniem energii wiatru stopniowo wzrastało, a w ostatnim czasie wręcz w tempie szokującym. Powodem tego jest nie tylko obowiązujące prawodawstwo i wymagania unijne, ale także dostępność na rynku nowoczesnych rozwiązań i pozytywne doświadczenia krajów sąsiednich. Liczba wydanych promes koncesji na produkcję energii elektrycznej w elektrowniach wiatrowych wskazuje, że w najbliższych 2-3 latach moc zainstalowana, w porównaniu do roku 2006, wzrośnie ponad 3-krotnie. Tak dynamiczny rozwój tego sektora energetyki, wydaje się być analogiczny do sytuacji jaka miała miejsce w Niemczech przed kilku laty.

Prace badawcze nad nowymi konstrukcjami i technologiami w tym zakresie prowadzone są w wielu krajach przez duże koncerny o zasięgu światowym, m. in. Enercon, Nordex, Vestas, GE Energy. W Polsce były prowadzone m.in. w Politechnice Śląskiej, Instytucie Budownictwa Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa w Warszawie (konstrukcje siłowni wiatrowych do wykorzystania w rolnictwie). Branżowy Ośrodek Badawczo-Rozwojowy KOMEL w Katowicach opracował specjalne prądnice wolnoobrotowe do siłowni wiatrowych małej mocy (1-150 kW). Dzięki temu możliwe jest mniejsze przełożenie skrzyni biegów, konstrukcja staje się prostsza i dużo bardziej trwała. Producentem rodzimych siłowni małej mocy była firma NOWOMAG z Nowego Sącza.

Tabela 1.Wzrost mocy i rozmiarów elektrowni wiatrowych

Jednak konstrukcje o dużych mocach, dla zawodowych elektrowni wiatrowych, produkowane są głównie w Niemczech, Danii, Finlandii. Są to rozwiązania nowoczesne, ale dosyć drogie. Ze względu na ich wysoki koszt często instalowane są u nas siłownie używane, starszego typu. Po demontażu i przeprowadzonym remoncie są znacznie tańsze. Kupują je  prywatni inwestorzy, najczęściej osoby fizyczne. Obecnie znacznie częściej inwestorami są spółki z kapitałem zagranicznym inwestujące w duże farmy wiatrowe,  Pierwsze, zawodowe farmy wiatrowe powstały na Pomorzu: Swarzewo k/Pucka, moc 2 x 600 kW=1,2 MW (1997r.), w Zagórzu na wyspie Wolin - 15 x 2 MW=30 MW (2003r.). Ostatnie duże inwestycje w sektorze energetyki wiatrowej to w Kisielicach (warmińsko-mazurskie) - park elektrowni o mocy 27 x 1,5 MW=40,5 MW (2007r.), właściciel: spółka z kapitałem hiszpańskim, Kamieńsk k/Bełchatowa – 15 x 2 MW= 30 MW, właściciel – BOT GiE S.A. Standardowa, jednostkowa moc budowanych u nas elektrowni to 1,5-2 MW. W Niemczech, czy Danii stawiane są jednostki o większych mocach 3-4,5 MW. W tabeli 2 zestawiono wybrane przykłady farm wiatrowych podając jej moc, producenta, rok uruchomienia i wskazując użytkownika (inwestora).

Rozwój energetyki wiatrowej jest uwarunkowany nie tylko odpowiednimi warunkami meteorologicznymi, ale także dostępem do sieci elektroenergetycznej. Krajowa energetyka oparta na węglu spowodowała, że najlepiej rozwinięta jest infrastruktura sieciowa na południu Polski, tam gdzie są kopalnie i duże elektrownie systemowe. Północna część kraju uboga w tradycyjne źródła energii mogłaby uzupełniać braki elektrowniami wiatrowymi, bo tam też zasoby energii wiatru są największe. Przy słabo rozwiniętej sieci, zwłaszcza wysokich napięć (110 kV), w dłuższej perspektywie mogą pojawić się problemy z odbiorem energii wiatrowych na Pomorzu i Suwalszczyźnie. Wielkość mocy, która może być przyłączana w farmach wiatrowych bez kosztownych modernizacji sieci szacuje się na 2500 MW. Przy obecnym wzrastającym tempie rozwoju energetyki wiatrowej pułap ten może stanowić bariery dla efektywnego jej wzrostu. Elektrownie małej mocy mogą być przyłączane do sieci niskiego i średniego napięcia, natomiast te o mocach rzędu MW do sieci okręgowych 110 kV.

Elektrownie wiatrowe zalicza się do grupy tzw. źródeł niespokojnych. Powodów tego jest wiele, m.in.:

• prognozowanie mocy jest trudne, ze względu słabą przewidywalność wiatrów i czas ich trwania,
• zmienna prędkość wiatru utrudnia generowanie energii o wymaganej częstotliwości sieciowej, a zastosowane układy energoelektroniczne dopasowujące ją do wymagań systemowych są źródłem zniekształceń krzywej napięcia (duża ilość wyższych harmonicznych), co wymaga stosowania specjalnych filtrów,
• brak wiatru jest złem, ale jego nadmiar bywa jeszcze bardziej niebezpieczny (przy prędkościach powyżej 25 m/s następuje wyłączanie pracy); gwałtowne wypadnięcie z systemu określonej mocy rzędu MW może zakłócać lokalnie równowagę systemu,
• rozruch dużych jednostek jest związany z poborem odpowiednio dużej mocy biernej (rozruch asynchroniczny), co pogarsza współczynnik mocy,
• większe skupisko elektrowni wiatrowych na jednym obszarze i przyłączonych do tej samej sieci pogarsza jej parametry pracy.

Wachlarz dostępnych na rynku elektrowni mniejszych mocy jest dosyć duży, od kilku do kilkuset kW. Znaleźć można rozwiązania małych, przydomowych elektrowni o mocach 5-150 kW i przystosowanych nawet do instalowania na budynkach gospodarczych. Przeznaczone są do pracy autonomicznej, a produkowana energia elektryczna wykorzystywana jest w produkcji rolniczej lub bezpośrednie na cele grzewcze.

Tabela 4.3.3.Wykaz większych elektrowni wiatrowych w Polsce

Podsumowanie

Rozwój energetyki odnawialnej, w tym wiatrowej, jest możliwy jedynie przy odpowiednim wsparciu państwa. Specyfika tego wsparcia nie polega jednak na systemie przyznawania przez państwo ulg i zachęt, a na ustawowym nałożeniu obowiązku zakupu (lub wytworzenia) energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych i skojarzonych. Ponieważ realizacja tego obowiązku generowała dodatkowe koszty u podmiotów zobowiązanych do zakupu, co powodowało niechęć do jego wypełnienia, Ustawodawca wprowadził także odpowiedni system kar pieniężnych nakładanych przez Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki na podmioty nie wywiązujące się z tego obowiązku.
Podaż energii elektrycznej z OZE będzie znacząca tylko wtedy, gdy inwestor w nowe źródła będzie zainteresowany finansowo. Ceny energii elektrycznej, bez wątpienia, będą wzrastały przez najbliższych kilka lat, co dla producentów jest dobrą prognozą.
Ze względu na wysokie koszty inwestycje przedsięwzięć w OZE, Ustawodawca wprowadził zachęcające rozwiązanie dla producentów - dwa strumienie przychodów: ze sprzedaży energii i praw majątkowych wynikających ze świadectw pochodzenia wyprodukowanej energii. Dodatkowymi zachętami i preferencjami, które powinny się przyczynić do rozwoju odnawialnych źródeł energii, są:

• obniżenie o 50% kosztów przyłączenia do sieci takich źródeł,
• wprowadzenie regulacji umożliwiających zastosowanie odmiennego sposobu bilansowania systemu elektroenergetycznego dla elektrowni wiatrowych,
• obowiązek zapewnienia przez operatora systemu elektroenergetycznego pierwszeństwa w świadczeniu usług przesyłowych energii wytworzonej w źródłach odnawialnych.

Obecne przychody wytwórców energii z OZE są dwukrotnie wyższe niż z tradycyjnych nośników, bowiem cena za prawo majątkowe do 1 MWh tego typu energii przekracza jej wartość. W powyższym stanie rzeczy trudno się dziwić, że inwestorzy farm wiatrowych (firmy prywatne i spółki z kapitałem mieszanym) upatrują niemal 100 % - owej gwarancji, że w najbliższej dekadzie każda ilość świadectw pochodzenia energii elektrycznej z OZE znajdzie nabywców. Z udzielonych przez URE promes do koncesji na wytwarzanie energii wynika, że zainteresowanie jest bardzo duże.  Może się zdarzyć, że kto nie znajdzie się na rynku w najbliższych 3-4 latach, to trudno będzie mu dołączyć do grona producentów.

Literatura

1. Woś A.: Klimat Polski. Wyd. PWN Warszawa 1999
2. Lubośny Z.: Elektrownie wiatrowe w systemie elektroenergetycznym. Wyd. WNT Wrszawa 2007
3. Ustawa Prawo energetyczne z dnia 10 kwietnia 1977 roku, dz.u. 1997 nr 54 poz.348, nowelizacja dz.u. 2005r. nr. 62 poz.552
4. Pakiet informacyjny dla przedsiębiorstw  zamierzających prowadzić działalność gospodarczą polegającą na wytwarzaniu energii elektrycznej w odnawialnych źródłach energii. URE Warszawa, październik 2006
5. Polityka Energetyczna Polski do 2025 roku. Rozp. Min. Gospodarki  z dnia 1 lipca2005
6. Praca zbiorowa: Perspektywy produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych w Rolniczych Zakładach Doświadczalnych SGGW. SGGW Warszawa czerwiec 2007r.