poradnik małej energetyki wiatrowej

Krzysztof Nalepa Wojciech Miskowski Pawe Pietkiewicz Janusz Piechocki Piotr Bogacz

PORADNIK MAEJ ENERGETYKI WIATROWEJ

Olsztyn, maj 2011

2



3

Spis treci1. Wstp 2. Potencja wiatru 2.1. Co to jest wiatr i jak powstaje 2.2. Wiatr jako wspczesny zasb energii 2.3. Podstawowe parametry wiatru jako zasobu energii 2.4. Lokalizacja siowni wiatrowych 3. Rodzaje siowni wiatrowych 3.1. Podzia siowni wiatrowych 3.2. Siownie wiatrowe z silnikiem o poziomej osi obrotu wirnika HAWT 3.3. Przykady rozwiza konstrukcyjnych 3.4. Siownie wiatrowe z silnikiem o pionowej osi obrotu wirnika VAWT 3.5. Przykady rozwiza konstrukcyjnych 3.6. Zalety i wady siowni z wirnikiem typu HAWT i VAWT 3.7. Moliwoci wykorzystania mikrosiowni wiatrowych 4. Koncepcje rozwiza systemowych przydomowych siowni wiatrowych 5. Mae elektrownie wiatrowe w aspekcie aktw prawnych dotyczcych budownictwa (stan na 30.03.2011 r.). 5.1. Elektrownia wiatrowa jako oddzielna budowla wyposaona w fundamenty 5.2. Elektrownia wiatrowa jako maszt z linami odcigajcymi, pozbawiona fundamentw 5.3. Elektrownia jako konstrukcja montowana na istniejcym obiekcie budowlanym 5.4. Inne regulacje dotyczce maych siowni wiatrowych. 6. Analiza nansowa inwestycji w przydomow siowni wiatrow 6.1. Nakady inwestycyjne 6.2. Koszty eksploatacji siowni wiatrowej wraz z instalacj 6.3. Przychody i zyski z dziaania siowni wiatrowej 7. rda nansowania 8. Adresy lokalnych operatorw energetycznych regionu pnocno-wschodniej Polski 9. Podsumowanie Literatura ... 5 ... 6 ... 6 ... 6 ... 9 . . . 16 . . . 17 . . . 17 . . . 19 . . . 26 . . . 44 . . . 47 . . . 52 . . . 53 . . . 55 . . . 63 . . . 63 . . . 66 ... ... ... ... ... ... ... 68 73 75 75 77 78 80

Przydomowe elektrownie wiatrowe poradnikPraca ma charakter poradnika pisanego gwnie do odbiorcw indywidualnych w tym zwaszcza rolnikw. Stanowi on bardzo uyteczne rdo informacji zredagowane w prosty i przystpny sposb. Pierwsze trzy rozdziay zawieraj informacje oglne dotyczce potencjau wiatru i rodzaju siowni wiatrowych. Rozdzia 4 przedstawia popularne koncepcje rozwiza systemowych przydomowych siowni wiatrowych. Szczeglnie interesujce mog by dla potencjalnych przyszych inwestorw rozdziay 5, 6 i 7 mwiace o aspektach prawnych, analizie finansowej i opacalnoci inwestycji oraz moliwych do pozyskania rdach finansowania. Poradnik zawiera bardzo duo odsyaczy do materiaw rdowych, gwnie internetowych. Pozwoli to czytelnikowi we wasnym zakresie pogbi studiowany materia lub te pozyska dodatkowe informacje. Praca jest poprawnie zredagowana a poszczeglne rozdziay tworza logiczn cao. Moe by ona opublikowana bez zmian i uzupenie. Kiciski Jan

. . . 83 . . . 84 . . . 85


5

1. WstpNie tylko wyczerpywanie si pierwotnych zasobw energii, ale take, a waciwie przede wszystkim, wzrost emisji dwutlenku wgla czyli gazu cieplarnianego do atmosfery, wymusza podejmowanie dziaa zmierzajcych do poszukiwania alternatywnych zasobw energii w tym zasobw energii odnawialnej. Konieczno udziau naszego kraju w tych dziaaniach wynika z naszego czonkostwa w Unii Europejskiej, a zatem midzy innymi z takich aktw prawnych jak Zielona Ksiga [2000], Protok z Kioto [2005] oraz Dyrektywy Unii Europejskiej [2001, 2003]. Odnawialnym nonikiem energii, ktry jest powszechnie wykorzystywany w krajach Unii Europejskiej i coraz szerzej wkracza do naszego kraju jest energetyka wiatrowa. Rozwj technologiczny siowni wiatrowych pozwala na szersze wykorzystanie wiatru do produkcji energii. Energia wiatru bya ju od dawna wykorzystywana przez czowieka w yciu codziennym, np.: do pompowania wody, mielenia ziarna czy wytwarzania siy napdowej aglowcw. Energia wiatru jest przeksztacon form energii sonecznej spowodowan ruchem mas powietrza wywoanym nierwnomiernym nagrzewaniem si powierzchni Ziemi. Okoo 1 tej energii to ruch mas powietrza bezporednio przylegajcych do powierzchni Ziemi. Biorc pod uwag moliwoci rozmieszczenia urzdze przetwarzajcych energi wiatru tylko niewielka cz tych zasobw jest moliwa do wykorzystania. Zasoby wiatru technicznie moliwe do wykorzystania ocenia si na okoo 40 TW [Lewandowski 2001]. Obecnie silniki wiatrowe stosuje si do napdu generatorw prdu, pomp wodnych, sprarek powietrza itp. Zwiksza si asortyment dostpnych siowni wiatrowych poczwszy od maych przydomowych elektrowni wiatrowych do bardzo duych konstrukcji wczonych do systemu energetycznego. Moc elektryczna turbin wiatrowych dochodzi do 5MW przy rednicy wirnika ok. 130 m [http://www.repower.de]. Turbiny wiatrowe s rdem energii niewytwarzajcym zanieczyszcze, co jest ich niewtpliw zalet. Na niekorzy turbin wiatrowych przemawia towarzyszcy ich pracy haas, ktrego rdem jest wirnik, a dokadniej opaty przecinajce powietrze, jak rwnie pracujca przekadnia. Prace rozwojowe nad siowniami wiatrowymi zmierzaj do zwikszenia ich sprawnoci oraz obnienia poziomu haasu wytwarzanego przez nie w trakcie pracy.

6



7

2. Potencja wiatruWiatr jest zjawiskiem powszechnym i wykorzystywanym przez ludzi na ich uytek od bardzo dawna. Najpopularniejszym sposobem na wykorzystanie si wiatru do momentu powstania maszyn parowych by transport morski. Energia wiatru wykorzystywana jako sia napdowa aglowcw bya podstaw rozwoju wielu cywilizacji. W miar rozwoju przemysu oraz technologii wytwarzania energii ze rde kopalnych energia wiatrowa przestaa mie kluczowe znaczenie dla czowieka. W obecnym czasie na caym wiecie obserwuje si powrt do rde energii, ktre nie wywieraj negatywnego wpywu na rodowisko naturalne czowieka. W wielu opracowaniach sygnalizuje si, e potencja energetyczny ukryty w tzw. odnawialnych rdach energii przewysza obecny popyt na energi. Stanowi to gwn podstaw do bada nad metodami wykorzystania kadej iloci energii wystpujcej w przyrodzie.

Z przyczyn naturalnych dotyczcych wanie warunkw wiatrowych na obszarze Polski oraz z przyczyn zwizanych z organizacj, finansowaniem inwestycji zwizanych z produkcj energii elektrycznej z wiatru, odbioru produkowanej mocy itd., Polska jest wci daleko w rankingu pastw korzystajcych z energii wiatru. Oczywicie uwarunkowania naturalne nie pozwol Polsce nigdy przecign w produkcji prdu elektrycznego z energii wiatru takich krajw jak Holandia czy Dania, jednak eksperci zgodnie twierdz, e potencja energii wiatrowej w Polsce nie jest wystarczajco wykorzystywany. W Polsce inwestuje si gwnie w tworzenie duych farm wiatrowych w miejscach, gdzie badania potwierdzaj rentowno takich przedsiwzi, ale udzia generacji energii wiatrowej w krajowym zuyciu energii elektrycznej nie przekroczy wci 1%. Obserwuje si jednak jego sukcesywny wzrost. Dane na ten temat zamieszczono poniej. Udzia generacji wiatrowej w krajowym zuyciu energii elektrycznej:2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 0,10 % 0,09 % 0,26 % 0,32 % 0,51 % 0,69 % 0,96 % (142 GWh/144 TWh) (135 GWh/145 TWh) (388,4 GWh/149 TWh) (494,2 GWh/154 TWh) (790,2 GWh/153 TWh) (1029 GWh/148,7TWh) (1485 GWh/155 TWh)

2.1. Co to jest wiatr i jak powstajeWiatr jest efektem przemieszczania si mas powietrza z obszarw o wyszym cinieniu do obszarw o cinieniu niszym. Jest to powane uoglnienie. Warto te pamita, e przyczyn wszelkich ruchw powietrza na Ziemi jest energia soneczna. Na skutek ogrzewania powierzchni Ziemi przez Soce zwiksza si jej temperatura. Z rnych przyczyn proces ten jest nierwnomierny. Ogrzane powietrze unosi si ku grze i jego miejsce zajmowane jest masami chodnego powietrza. Dodatkowo Ziemia obraca si wok swojej osi, na skutek czego Soce ogrzewa tylko cz jej powierzchni w danym okresie czasu. Proces powstawania cyrkulacji powietrza w atmosferze jest komplikowany przez uksztatowanie terenu, nierwnomierne rozmieszczenie ldu i wody na powierzchni kuli ziemskiej, nierwne nawietlenie rnych terenw i wiele innych czynnikw, ktre powoduj, e wiatr wieje z rnym nateniem oraz z rnych kierunkw na rnych terenach, a parametry te zmieniaj si w czasie.

rdo: Polskie Stowarzyszenie Energetyki Wiatrowej [http://www.elektrownie-wiatrowe.org.pl/energetyka_wiatrowa.htm]

2.2. Wiatr jako wspczesny zasb energiiWiatr jest zasobem energii, ktry nie emituje adnych zanieczyszcze. Przy korzystnych warunkach wiatrowych (przy prdkoci redniej dugoterminowej V>5.5 m/s na wysokoci wirnika siowni wiatrowej) cena jednostkowa energii pochodzcej z tego rda czsto jest nisza od ceny energii z konwencjonalnych elektrowni cieplnych. Postpujcy rozwj technologii elektrowni wiatrowych powoduje dalszy spadek kosztw energii i czyni sektor energetyki wiatrowej jeszcze bardziej atrakcyjnym dla inwestorw. Niestety warunki wiatrowe dla budowy typowych siowni wiatrowych nie s optymalne we wszystkich obszarach naszego globu. Dotyczy to rwnie skali dowolnego regionu, za jaki mona uwaa take Polsk.

8



9

Rys. 2.1. Mapa stref warunkw wiatrowych w Polsce (rdo: Opracowanie IMGW)

Poprzez wieloletni obserwacj prdkoci oraz kierunku wiatru na rnych obszarach kraju tworzy si i wci uaktualnia tzw. map wiatrow, ktra okrela obszary kraju pozwalajce na umieszczenie na nich farm wiatrowych (rys. 2.1 i rys. 2.2). Najkorzystniejsze warunki do zaoenia farm wiatrowych wystpuj w Polsce w nastpujcych regionach: l rodkowe, najbardziej wysunite na pnoc czci wybrzea od Koszalina po Hel, l rejon wyspy Wolin, l Suwalszczyzna, l rodkowa Wielkopolska i Mazowsze, l Beskid lski i ywiecki, l Bieszczady i Pogrze Dynowskie. Pozostae obszary charakteryzuj si mniej korzystnymi lub niekorzystnymi warunkami do budowy farm wiatrowych. Oznacza to, e w Polsce nie wszdzie opaca si budowa due siownie wiatrowe nastawione na produkcj energii elektrycznej w celach komercyjnych, w zwizku z tym nie mona take liczy na znaczce zabezpieczenie zapotrzebowania energetycznego kraju energi wiatrow. Bardzo powanym ograniczeniem tego typu inwestycji w Polsce jest take stan i parametry sieci energetycznych sucych do ewentualnego transportu produkowanej energii elektrycznej. Na podstawie wielu bada stwierdzi mona, e wiksza cz kraju klasyfikowana jest jako nie nadajca si do budowy tzw. duej energetyki wiatrowej. Takie realia zmuszaj do poszukiwa innych, bardziej opacalnych metod pozyskiwania energii z wiatru. Prowadzone przez wiele orodkw w kraju badania wykazuj, e mimo sabych warunkw wiatrowych wynikajcych z tzw. map wiatrowych kraju, opacalnym rozwizaniem moe okaza si produkcja maych siowni wiatrowych korzystajcych z lokalnych, korzystnych warunkw wiatrowych. Wanie takim rozwizaniom powicony zosta niniejszy poradnik.

2.3. Podstawowe parametry wiatru jako zasobu energiiWiatr jest zjawiskiem wynikajcym z ruchu czstek powietrza. Powstaje pod wpywem nagrzewania si powierzchni Ziemi w wyniku dziaania promieniowania sonecznego, mona wic powiedzie, e energia wiatru jest przeksztacon energi Soca. Energia niesiona przez wiatr jest proporcjonalna do jego prdkoci w trzeciej potdze. Przechodzc przez wirnik silnika wiatrowego prdko wiatru ulega zmniejszeniu od prdkoci pocztkowej vo do kocowej vk. Cz energii zostaje przejta przez wirnik (rys. 2.3). Podstawowym parametrem energii wiatrowej jest prdko wiatru. Prdko wiatru ulega zmianom dziennym, miesicznym i sezonowym. Do oceny warunkw wiatrowych pod ktem wykorzystania ich do budowy siowni wiatrowych niezbdna jest analiza nie tylko wartoci redniej prdkoci wiatru na danym terenie, ale take rozkad wystpowania poszczeglnych prdkoci wiatru w czasie. Warto rednia pozbawiona jest bowiem infor-

Rys. 2.2. Rozmieszczenie farm wiatrowych na terenie Polski (na niebiesko zaznaczono farmy w budowie) (rdo: PSEW, stycze 2011)

10



11

macji o czasie jej wystpowania, przez co jest nieprzydatna do projektowania urzdze przetwarzajcych energi wiatrow w uyteczn. W przypadku projektw opartych na turbinach wiatrowych nastawianych na kierunek wiatru parametrem pracy staje si rwnie kierunek wiatru, przy czym ma on znaczenie gwnie ze wzgldu na proces sterowania siowni wiatrow. Jako parametr energii wiatrowej mona wic uzna czas wystpowania poszczeglnych prdkoci wiatru.

Energia wiatru zaley take od gstoci powietrza. Gsto powietrza wie si cile m.in. z jego wilgotnoci oraz cinieniem statycznym, ktre wywoane jest cinieniem barometrycznym. Z uwagi na zoono zalenoci zwizku gstoci, wilgotnoci oraz cinienia powietrza przyjmuje si najczciej warto redni gstoci. W warunkach Polski = 1,26 kg/m3. Energi wiatru wyznacza si z zalenoci: (2) gdzie: chwilowa gsto powietrza [kgm3], v chwilowa prdko strumienia powietrza [ms1], dt czas trwania przepywu strumienia powietrza o parametrach i v [s]. Uznajc gsto powietrza za sta (np. rednia gsto powietrza), zaleno (2), mona przedstawi w postaci: (3) Praktyczne wyznaczenie energii wiatru sprowadza si zatem do sumy iloczynw: (4)

Rys. 2.3. Schemat przepywu wiatru przez turbin wiatrow [Lewandowski 2002] Moc uyteczna wytwarzana w silniku wiatrowym przejta od strumienia powietrza wynika z rnicy energii kinetycznej powietrza przed i za wirnikiem. Poniej przedstawiony jest wzr na moc niesion przez wiatr przechodzcy przez powierzchni koow okrelon obrotem wirnika [Lewandowski 2002]: (1)

gdzie: t jednostka czasu, w ktrej prdko wiatru uwaa si za sta (odstp czasu midzy poszczeglnymi pomiarami wartoci redniej prdkoci wiatru) [s]. Obliczenia za pomoc zalenoci (4) s tym dokadniejsze, im czciej bdzie dokonywany pomiar redniej prdkoci wiatru. Dlaczego prdko rednia wiatru na danym terenie nie jest odpowiednia do oceny opacalnoci instalacji siowni wiatrowych? Odpowied na pytanie zadane powyej kryje si pod definicj wartoci redniej. Jest to bowiem suma porwnywanych odczytw podzielona przez ich liczb. Oznacza to, e przy obliczaniu redniej wartoci prdkoci wiatru trac na znaczeniu same wartoci odczytw, a due znaczenie ma ich stabilno. Na rys. 2.4 zamieszczono przykadowe wykresy zmiany wartoci prdkoci wiatru w czasie, dla ktrych rednia jest na tym samym poziomie, mimo e same przebiegi s bardzo rne.

gdzie: Pu moc uyteczna wiatru [W], gsto powietrza [kgm3], vs prdko rednia powietrza przepywajcego przez wirnik [ms1], vo prdko wiatru przed wirnikiem [ms1], vk prdko wiatru za wirnikiem [ms1], r promie wirnika [m].

12



13

Rys. 2.4. Przykadowe przebiegi pomiarowe prdkoci wiatru, dla ktrych rednia warto jest rwna

Czerwone i niebieskie linie s obrazem odczytw prdkoci wiatru co godzin w okresie 10 godzin. Kolorem zielonym zaznaczono warto redni obliczon z dziesiciu odczytw w kadym z przebiegw. Mimo faktu, e w trzeciej godzinie pomiarw w przebiegu P2 zaobserwowano prdko wiatru rwn 16 m/s, podczas gdy w przebiegu P1 tylko 6 m/s, w caym okresie pomiarw uzyskano redni prdko rwn 4,6 m/s. Co z prdkoci maksymaln? Zachodzi wic pytanie, czy pomiary maksymalnych prdkoci wiatru w danym okresie dostarczaj wiarygodnych danych dla oceny opacalnoci instalacji siowni wiatrowych? Prdkoci maksymalne, z jakimi mamy do czynienia na kadym terenie, wystpuj w okrelonych warunkach, np. podczas tzw. podmuchw, czy zjawisk towarzyszcych burzom i innym zjawiskom pogodowym. Maksymalne prdkoci wiatru wystpuj wic w caych przebiegach tylko w poszczeglnych chwilach lub krtkich okresach czasu. Jeli wic zaoylibymy, e siownia wiatrowa miaaby by napdzana wiatrem o prdkoci maksymalnej zaobserwowanej podczas pomiarw, pracowaaby tylko w krtkich momentach lub okresach czasu, w ktrych wiatr osiga prdkoci maksymalne. Prawidowa ocena prdkoci wiatru, ktr mona wykorzysta do budowy siowni wiatrowych, powinna zosta oparta na tzw. rozkadzie czstoci wystpowania poszczeglnych wartoci prdkoci wiatru. Jeli wic dokonujemy pomiary prdkoci wiatru np. co godzin, uznajc, e podczas godziny prdko ta nie zmienia si, nasza obserwacja powinna by na tyle duga, abymy mogli oceni jak czsto wartoci prdkoci wiatru powtarzay si. Dziaajc w ten sposb moemy zbudowa wykres przedstawiony na rys. 2.5.

Rys. 2.5. Czsto wystpowania rednich prdkoci wiatru w trakcie wykonywania bada. (rdo: badania UWM)

Na rys. 2.5. widoczna jest graficzna analiza udziaw poszczeglnych prdkoci wiatru, jakie obserwowano podczas bada w duszym okresie czasu na terenie miasteczka akademickiego Uniwersytetu Warmisko-Mazurskiego w Olsztynie. Z wykresu wynika, e w caym okresie bada wiatr osiga najczciej prdko ok. 2,7 m/s (12 % zarejestrowanych pomiarw). Zarejestrowane podmuchy wiatru o prdkoci ponad 6 m/s miay znikomy udzia w analizowanej prbie. Co oznaczaj uzyskane w badaniu wyniki? Wniosek wynikajcy z wykresu na rys. 2.5. brzmi nastpujco: planujc jakiekolwiek wykorzystanie energii wiatrowej w miejscu pomiaru naley przyj, e w wikszoci czasu bdziemy mieli do czynienia z prdkoci wiatru do 4,5 m/s, co bdzie miao miejsce przez ok. 80 % czasu. Tylko w pozostaych 20 % czasu mona spodziewa si wyszych prdkoci. Typowe siownie wiatrowe potrzebuj do swej pracy zasilania wiatrem o prdkoci minimum 1012 m/s. Pomiary na wysokoci 10 m wykazuj, e udzia wiatrw o takiej prdkoci na terenie Warmii i Mazur jest bardzo niski, a na niektrych terenach znikomy. Uznanie prdkoci redniej liczonej dla pomiarw rocznych, sezonowych, miesicznych czy dziennych jako kryterium oceny opacalnoci zainstalowania siowni wiatrowej jest bdem.

14



15

Co robi, aby zwikszy opacalno instalacji siowni wiatrowych? Wiatr mierzony na znacznej wysokoci wieje w tym samym czasie z podobn prdkoci na znacznym obszarze. Jeli wic potrafilibymy uzyska lokalnie, w sposb sztuczny, przyspieszenie mas powietrza, podnielibymy udzia prdkoci wyszych w kadym okresie czasu. Propozycj moe by wykorzystanie wszelkich naturalnych oraz sztucznych elementw uksztatowania terenu do stworzenia tzw. spitrze linii wiatru. Spitrzenia te s w istocie fragmentami przestrzeni o zwikszonej prdkoci przepywu mas powietrza. Ide wykorzystania tego zjawiska przedstawiono na rys. 2.6.

linie wiatru ulegn odksztaceniu. W przestrzeni nad zadaszeniem budynku wystpuje zagszczenie linii strug przepywajcego powietrza. W sytuacji rozwaania konkretnego przekroju nad budynkiem stosujc tzw. rwnanie cigoci strugi (6) mona obliczy prdko wiatru w pobliu przeszkody. (6) gdzie: c1, c2 rednia prdko wiatru w przekroju A1 i A2 [ms1]. Z uwagi na to, e przekrj A2 jest zmniejszony przeszkod na drodze strugi powietrza, mona spodziewa si znacznego przyrostu prdkoci wiatru w pobliu przeszkody. Spowodowane jest to faktem, e rozpdzona siami przyrody masa powietrza musi znale inn ni swobodna drog do przemieszczenia si. W mniejszym zatem przekroju w tym samym czasie musi przepyn wicej masy powietrza. To bezporednio powoduje jej lokalne przypieszenie. Podobny efekt wystpuje w paszczynie poziomej, kiedy w linii wiatru ustawione s naturalne lub sztuczne elementy krajobrazu tworzce przewenie przekroju, ktrym przemieszczaj si strugi powietrza (rys. 2.7).

Rys. 2.6. Idea wykorzystania spitrzenia linii wiatru na sztucznej przeszkodzie Z lewej strony rys. 2.6. pokazano przybliony, wyidealizowany profil prdkoci wiatru w terenie nie zawierajcym adnych przeszkd hamujcych przemieszczajce si strugi powietrza. Pomijajc zjawiska zwizane z oddziaywaniem przemieszczajcego si powietrza z gruntem mona uzna, e prdko wiatru jest w caym rozpatrywanym przekroju A staa. Zakadajc niezmienno warunkw wiatrowych w czasie z przedstawianego wczeniej wzoru (4) otrzyma mona prost zaleno opisujc energi wiatru, ktr mona wykorzysta: (5) Rys. 2.7. Idea wykorzystania spitrzenia linii wiatru na sztucznej przeszkodzie gdzie: gsto powietrza [kgm3], c rednia prdko wiatru w przekroju A [ms1], t czas badania lub przedzia czasowy rozpatrywany w obliczeniach [s]. Prawa strona rys. 2.6. przedstawia sytuacj, w ktrej na drodze strugi powietrza wystpuje przeszkoda w postaci np. domu mieszkalnego. Przy sprzyjajcym ustawieniu przeszkody

Efekt spitrzenia linii wiatru, poprzez lokalne zwikszenie prdkoci wiatru, moe pozwala na stosowanie maych silnikw wiatrowych, ktrych praca moliwa jest ju przy prdkoci wiatru ok. 3 m/s. W przypadku wiatru o wikszej prdkoci oraz wykorzystania spitrze, prdko przepywu powietrza w pobliu silnika moe wzrosn nawet do 10-12 m/s, co pozwoli zastosowa kilka wariantw siowni wiatrowych.

16



17

2.4. Lokalizacja siowni wiatrowychWybr miejsca pod lokalizacj siowni wiatrowej powinien opiera si na analizie warunkw wiatrowych. Wstpna ocena moe zosta dokonana w oparciu o atlasy i mapy wietrznoci (w przypadku duych siowni wiatrowych). Czynnikiem decydujcym o powodzeniu lokalizacji siowni wiatrowej s rzetelne informacje o prdkociach i kierunkach wiatrw w obszarze planowanej inwestycji oraz czstotliwoci i dugoci okresw wystpowania wiatrw o okrelonych prdkociach. Prawidowa ocena potencjau energetycznego wymaga uzyskania dugookresowych informacji o parametrach wiatru. Zgodnie z przyjtymi standardami pomiary i rejestracja parametrw wiatru powinny by prowadzone w sposb nieprzerwany przez okres co najmniej jednego roku [Latko, Latko 2007]. Do pomiaru prdkoci i kierunku wiatru wykorzystywane s anemometry skrzydekowe, ultradwikowe lub urzdzenia wykorzystujce efekt Dopplera (rys. 2.8).

3. Rodzaje siowni wiatrowychNajczciej spotykane siownie wiatrowe zwane wiatrakami wykorzystywane s do produkcji energii elektrycznej. Innym zastosowaniem, nadal niedocenianym w Polsce, jest ich wykorzystanie do pompowania wody np. do nawadniania pl lub osuszania gruntw. Mog one wsppracowa z sieci energetyki zawodowej lub by ukadami autonomicznymi. Silniki wiatrowe su do przeksztacania energii wiatru na energi elektryczn, mechaniczn lub inn. Podstawowym elementem kadej siowni wiatrowej jest wirnik. Umoliwia on zamian energii kinetycznej ruchu czstek powietrza w energi mechaniczn ruch obrotowy wirnika. Nastpnie ruch obrotowy przekazywany jest do urzdze wykonawczych (generator prdu elektrycznego, pompa itd.).

3.1. Podzia siowni wiatrowychPodziau siowni wiatrowych mona dokona ze wzgldu na wiele rnych kryteriw. Przykadowy podziay przedstawiono poniej. Podzia ze wzgldu na moc: Ze wzgldu na moc siownie wiatrowe dzieli si na mikro, mae i due. Do zasilania domw i maych gospodarstw rolnych stosuje si gwnie dwa pierwsze rodzaje. l Mikroelektrownie wiatrowe o mocy poniej 100 W. Uywa si ich najczciej do adowania baterii akumulatorw stanowicych zasilanie obwodw wydzielonych w miejscach, gdzie sie elektroenergetyczna nie wystpuje lub wzgldy zewntrzne wskazuj konieczno wykorzystania innego rda energii. Takie elektrownie mona wykorzysta do zasilania przez akumulatory czci owietlenia domu: pojedynczych lamp, a nawet poszczeglnych pomieszcze czy urzdze. l Mae elektrownie wiatrowe o mocy od 100 W do 50 kW. Elektrownie z tej grupy mog zapewnia energi elektryczn w pojedynczych gospodarstwach domowych, a nawet w maych firmach. W warunkach przydomowych najpopularniejsze s elektrownie 3-5 kW. Moc takich elektrowni, wspomagana energi zmagazynowan w akumulatorach, wystarczy do zasilania owietlenia, ukadw pompowych, sprztu i urzdze domowych. l Due elektrownie wiatrowe (w praktyce powyej 100 kW), oprcz tego, e mog zasila dom, stosowane s przede wszystkim do wytwarzania prdu, ktry sprzedaje si do sieci elektroenergetycznej. Taka elektrownia musi spenia szczegowe wymagania lokalnego operatora sieci. Potrzebna jest oczywicie jego zgoda na takie przyczenie. Podzia ze wzgldu na wielko: Ilo energii elektrycznej produkowanej w elektrowni wiatrowej zaley gwnie od prd-

Rys. 2.8. Mierniki kierunku i prdkoci wiatru LB-746 i LB-747 firmy Label oraz ultradwikowy czujnik prdkoci i kierunku wiatru WMT50 firmy Vaisala Wyniki pomiarw najczciej zapisywane s w pamici urzdze pomiarowych i cyklicznie przenoszone s do komputerw umoliwiajcych porzdkowanie i analiz zebranych danych pomiarowych. Na podstawie zgromadzonych danych pomiarowych przeprowadzane s analizy wartoci prdkoci wiatru i czstoci wystpowania wiatrw o okrelonej prdkoci oraz ocena potencjau energetycznego wiatru w badanym obszarze [Soliski 1999].

18



19

koci wiatru. Ta z kolei zaley od wielu czynnikw zarwno klimatycznych, jak i zwizanych na przykad z wysokoci usytuowania wiatraka (im jest on wyej, tym wiksza produkcja energii). Wspczesne due elektrownie wiatrowe osadza si na wieach 70-, 80-, a nawet 100- czy 120-metrowych. Mae siownie wiatrowe najczciej maj za podstaw maszty od 1,5 m (na dachach) do 15-20 m nad poziomem gruntu. Podzia ze wzgldu na pooenie osi obrotu: Podstawowym kryterium podziau elektrowni wiatrowych jest pooenie osi obrotu wirnika, zgodnie z ktrym rozrniamy dwa rodzaje elektrowni: l z poziom osi obrotu HAWT (ang. Horizontal Axis Wind Turbines); najpopularniejsze ponad 95% stosowanych rozwiza; l z pionow osi obrotu VAWT (ang. Vertical Axis Wind Turbines). Podzia ze wzgldu inne kryteria: l sposb wykorzystania produkowanej energii wyrnia si siownie energetyczne i siownie mechaniczne (np. pompowe); l liczb patw wirnika elektrownie jedno-, dwu-, trzy-, cztero- i wielopatowe; l usytuowanie wirnika wzgldem kierunku wiatru i masztu (w elektrowniach typu HAWT): dowietrzne (ang. up-wind) oraz odwietrzne (ang. down-wind); l szybkobieno elektrownie wolnobiene, redniobiene i szybkobiene. Wrd najpopularniejszych maszyn typu HAWT ponad 90 % obecnie stosowanych to trjpatowe urzdzenia typu up-wind suce gwnie do wytwarzania energii elektrycznej [http://www.eceo.org.pl]. W celu porwnania waciwoci wiatrakw podawane s takie parametry jak rzeczywisty wspczynnik wykorzystania wiatru x, wspczynnik momentu obrotowego y (rwny momentowi wiatraka podzielonemu przez energi strugi wiatru) oraz wyrnik szybkobienoci Z (jest to stosunek prdkoci obwodowej koca opatki do prdkoci wiatru). Na rys. 3.1 przedstawiono charakterystyki x i y w funkcji Z dla kilku typw silnikw wiatrowych. Rys. 3.1. Parametry charakteryzujce typowe konstrukcje silnikw wiatrowych [http://darmowa-energia.eko.org.pl]

3.2. Siownie wiatrowe z silnikiem o poziomej osi obrotu wirnika HAWTMona tak nazwa ukad turbiny, ktra posiada tradycyjne miga o iloci opat zalenej od wizji projektanta. Spotyka si gwnie wirniki jedno-, dwu-, trzypatowe. Buduje si rwnie siownie z wiksz iloci opat. Su one gwnie do przepompowywania wody, napdu mynw lub innych zastosowa z wykorzystaniem energii mechanicznej. Obecnie siownie wiatrowe z poziom osi obrotu stanowi okoo 95 % rozwiza dostpnych na rynku. Schemat typowej elektrowni wiatrowej przedstawiono na rys. 3.2. Zamieszczony schemat odnosi si do tzw. siowni duej mocy, niemniej jednak wikszo podukadw wystpujcych w tej konstrukcji ma zastosowanie we wszystkich rodzajach wiatrakw.

20



21

Rys. 3.2. Uproszczony schemat budowy siowni wiatrowej Poniej na rys. 3.3 przedstawiono konstrukcj gondoli profesjonalnej elektrowni wiatrowej o mocy 2 MW pracujcej na potrzeby sieci energetycznej.

Rys. 3.3. Budowa elektrowni wiatrowej (model V80-2.0MW firmy Vestas): 1) kontroler, 2) mechanizm ustawiania opat, 3) gwny wa, 4) chodnica oleju, 5) przekadnia, 6) wieloprocesorowy ukad sterowania, 7) hamulec postojowy, 8) dwig dla obsugi, 9) transformator, 10) piasta opaty 11) oysko opaty, 12) opata 13) ukad hamowania wirnika, 14) ukad hydrauliczny, 15) tarcza ukadu hamowania wirnika, 16) piercie ukadu kierunkowania, 17) fundament, 18) koa zbate ukadu kierunkowania, 19) generator, 20) chodnica generatora powok przymocowanych do belki nonej.

Najwaniejszym elementem siowni wiatrowej jest wirnik przeksztacajcy energi wiatru w energi mechaniczn przekazywan do generatora. Zazwyczaj wirniki siowni z poziom osi obrotu wykonuje si jako konstrukcje zoone z jednego lub wicej patw. Wikszo patw wykonana jest z wkna wglowego wzmocnionego poliestrem. Kada opata skada si z co najmniej dwch powok przymocowanych do belki nonej. Wiatr dziaajcy na powierzchni pata powoduje powstanie siy nonej, ktra wprawia wirnik w ruch [Jagodziski 1959]. W niektrych rozwizaniach istnieje moliwo zmiany kta ustawienia opat wirnika dziki zastosowaniu siownikw hydraulicznych. Wirnik osadzony jest na wale wolnoobrotowym, ktrego obroty poprzez skrzyni przekadniow przekazywane s do wau szybkoobrotowego. Wa szybkoobrotowy poczony jest z waem generatora. Spotykane s te ukady pracujce bez przekadni. Najczciej wirnik obraca si z prdkoci 15-30 obr./min., przekadnia zwiksza t prdko obrotow 50-krotnie do 1500 obr./min. Stopie przeoenia zaley od typu prdnicy zastosowanej w elektrowni. W czasie rozruchu generatory czone s do sieci przez ukady tyrystorowe, ktre nastpnie s bocznikowane stycznikami. Mikroprocesorowy system sterowania monitoruje stan siowni i pobiera dane do oblicze i sterowania. Generator, transformator, przekadnia i urzdzenia sterujce umieszczone s w gondoli. Ponadto gondola zawiera ukady smarowania, chodzenia, hamulec tarczowy itp. Gondola i wirnik obracane s w kierunku wiatru przez silniki i przekadni zbat znajdujc si na szczycie wiey, na ktrej umieszczona jest gondola. Wiea w ksztacie rury wykonana jest ze stali lub z betonu zbrojonego, rzadziej jako stalowa konstrukcja kratownicowa. Przedstawione powyej urzdzenia duej mocy wyposaane s w ukady automatyki sterowane komputerowo. Urzdzenia mniejszych mocy przeznaczone dla maych, indywidualnych uytkownikw charakteryzuj si znacznie prostsz budow. Nie s wyposaane w mechanizmy zmiany kta ustawienia opat wirnika, a nastawianie kierunku odbywa si poprzez wykorzystanie si aerodynamicznych dziaajcych na chorgiewk kierunkow, a nie za pomoc serwomechanizmw, jak w przypadku duych turbin wiatrowych. Zabezpieczenie przed zbyt silnymi wiatrami czsto realizowane jest w nich poprzez odchylenie gondoli do pionowego ustawienia osi, co praktycznie oznacza wyczenie siowni [Nalepa 2007]. Turbina obok generatora jest najwaniejszym elementem elektrowni wiatrowej. Za jej porednictwem pozyskiwana jest energia mechaniczna ze strugi powietrza. Jej parametry konstrukcyjne decyduj o waciwociach caej siowni, a w szczeglnoci o mocy i prdkoci obrotowej. Od konstrukcji wirnika wiatrowego (rys. 3.4) zale gabaryty urzdzenia. W oparciu o rozwizanie tego problemu dobierane s kolejne elementy caego urzdzenia, jak np. generator, przekadnia oraz wysoko masztu lub konstrukcji nonej. Wirnik tradycyjny w zalenoci od jego umiejscowienia w stosunku do wiejcego wiatru, przed lub za wie, mona podzieli na: down-wind (rys. 3.5) i up-wind (rys. 3.6). Downwind jest to niezbyt popularne rozwizanie, gdy naley liczy si ze stratami spowodowanymi czciowym (cho chwilowym) zacienieniem wirnika przez konstrukcj masztu [migielski 2007].

22



23

Siownie wiatrowe typu HAWT buduje si najczciej wyposaajc w wirniki trjpatowe. Wystpuj rwnie konstrukcje dwupatowe, jednopatowe i wielopatowe. Poniej przedstawiono schematycznie stosowane rozwizania siowni HAWT:l

jednopatowe

l

dwupatowe

l

trjpatowe

l

wielopatowe

Rys. 3.5. Wirnik typu down-wind

l

z dyfuzorem

l

wykorzystujce efekt Magnusa

Rys. 3.6. Wirnik typu up-wind Rys. 3.4. Rodzaje turbin z poziom osi obrotu

24



25

Oglna zasada dziaania siowni wiatrowej z wirnikiem o osi poziomej Napywajcy na wirnik strumie powietrza (rys. 3.7) dziki odpowiedniemu ustawieniu opat wywouje ruch obrotowy wirnika. Energia obracajcego si wirnika moe by wykorzystywana bezporednio do napdzania urzdze mechanicznych (np. pompy) lub poprzez sprzenie z generatorem do wytwarzania energii elektrycznej. Ster kierunkowy pozwala na utrzymanie caego wirnika w odpowiednim pooeniu wzgldem wiatru zwikszajc wykorzystanie energii wiatru.

Rys. 3.8. Schemat powstawania siy nonej na opacie wirnika [http://www.swind.pl, http://darmowa-energia.eko.org.pl] Rys. 3.7. Zasada dziaania siowni z wirnikiem o osi poziomej [http://www.swind.pl] W celu zwikszenia wykorzystania energii wiatru oraz regulacji prdkoci obrotow wirnika stosuje si systemy regulacji kta natarcia opat. W urzdzeniach firmy SWIND system regulacji kta natarcia opat zastpiono systemem zmiany ustawienia paszczyzny turbiny (wirnika) wzgldem wiatru. Jest on rwnie jednym z elementw bezpieczestwa skutecznie ograniczajcym obroty wirnika w sytuacji, gdy sia wiatru jest bardzo dua. Wraz ze wzrostem siy wiatru nastpuje zmiana pooenia turbiny (wirnika) wzgldem wiatru. Cay wirnik ustawia si bokiem do wiatru. Zasada dziaania systemu zostaa przedstawiona na rysunku 3.9.

Ilo wyprodukowanej przez siowni wiatrow energii zaley od kilku czynnikw, m. in. od prdkoci wiatru oraz sprawnoci caego ukadu. Na rysunku 3.8 zilustrowano powstawanie siy nonej na opacie wirnika. Odpowiednio wyprofilowane opaty gwarantuj wysok sprawno silnika wiatrowego.

26



27

czenie w przypadku turbin wiatrowych. Dziki zastosowaniu odpowiednich profili ograniczono emisj haasu.

Rys. 3.9. System regulacji kta natarcia opat [http://www.swind.pl] Na rysunku 3.10 przedstawiono przykadowe instalacje wykorzystujce silniki wiatrowe z poziom osi obrotu.

Rys.3.11. Trjpatowa siownia wiatrowa SWIND 2800 [http://www.swind.pl] Siownie wiatrowe produkowane przez firm SWIND znajduj gwnie zastosowanie: w wytwarzaniu energii elektrycznej na wasne potrzeby, l grzaniu ciepej wody uytkowej, l wspomaganiu ukadu centralnego ogrzewania, l ogrzewaniu pomieszcze.l

Mikrosiownia SUPERWIND 350 dodatkowo moe by montowana na wikszych odziach lub aglwkach morskich do zasilania instalacji elektrycznej, nawigacji itd. Rys. 3.10. Przykady siowni wiatrowych z poziom osi obrotu: a) maa przydomowa elektrownia wiatrowa o mocy 10 kW BWC Excel [http://www.bergey.com], b) wirnik z dwoma opatami [http://www.windturbinecompany.com], c) turbiny wiatrowe GE Power na farmie wiatrowej Walchum, Niemcy [http://www.gepower.com], d) turbina wiatrowa firmy Vortec z dyfuzorem DAWT

3.3. Przykady rozwiza konstrukcyjnychPrzykady konstrukcji siowni wiatrowych trjpatowych Rozwizanie siowni wiatrowej z silnikiem trjpatowym przedstawiono na rysunkach 3.11, 3.12 i 3.13. Wirniki trjpatowe s najczciej spotykanym rozwizaniem zarwno w siowniach duej, redniej jak i maej mocy. Wirniki turbin SWIND produkowane s z materiaw kompozytowych powszechnie stosowanych w lotnictwie. Kompozyty zapewniaj bardzo dobre parametry wytrzymaociowe i s zarazem bardzo lekkie, co ma szczeglne zna-

Rys.12. Trjpatowa siownia SUPERWIND 350 [http://www.superwind.com]

28



29

Zestawianie parametrw siowni produkowanych i SUPERWIND zamieszczono w tabeli poniej.SWIND 2800 Moc znamionowa rednica wirnika Wirnik Prdnica Nominalna prdko wiatru Masa gondoli z wirnikiem Ustawianie do wiatru 3,0 kW 3,5 m 3 opaty SWIND 6000 6 kW 4,8 m 3 opaty

przez

firm

SWIND

SUPERWIND 350 350 W 1,20 m 3 opaty generator 12 VDC / 24 VDC 12,5 m/s ok. 11,5 kg ster kierunkowy

generator synchronicz- generator synchroniczny trjfazowy, prd ny trjfazowy, prd przemienny przemienny 12 m/s ok. 80 kg ster kierunkowy 12,5 m/s ok. 210 kg ster kierunkowy

Jachtowa elektrownia wiatrowa to tanie i przyjazne dla rodowiska (ciche, bez spalin) rdo energii elektrycznej. Dziki elektrowni JSW utrzymuje si stan naadowania baterii akumulatorw, z ktrych mog by zasilane rne urzdzenia pokadowe, np.: l owietlenie, l lodwki, l schadzarki, l urzdzenia nawigacyjne, l odbiorniki RTV. Zestawianie parametrw siowni produkowanych przez firm KOMEL zamieszczono w tabeli poniej.KOMEL Moc znamionowa rednica wirnika Wirnik Prdnica Nominalna prdko wiatru Masa gondoli z wirnikiem Ustawianie do wiatru 4,0 kW 5,8 m 3 opaty PMGg 180L16 spec (3 kVA, 180 obr/min, UN=3x170 V - 230 V UDC, fN=24 Hz), 10 m/s bd ster kierunkowy JSW 750-12 120 W 0,75 m 3 opaty generator synchroniczny trjfazowy, prd przemienny 12 m/s 8,5 kg ster kierunkowy

miga koncepcji siowni firmy KOMEL (rys. 3.13) wykonane s z blachy aluminiowej osadzonej na ebrach wsporczych mocowanych do rury stalowej. Projekt eber wsporczych uwzgldnia atwo demontau i montau miga. Kty zaklinowania i natarcia opat uzyskuje si poprzez oparcie eber w czasie montau na rwnym podou. Naley podkreli, i uzyskanie waciwych ktw zaklinowania jest najwaniejsze w celu uzyskania duej mocy wiatraka [http://www.komel.katowice.pl].

a)

b)

Jest wiele rozwiza konstrukcyjnych oraz firm produkujcych trjpatowe siownie wiatrowe rnice si w nieznaczny sposb od siebie. Elektrownie jedno i dwuopatowe: Na caym wiecie najwiksz popularno zyskaa koncepcja trjpatowego wirnika, ale dosy czsto mona take spotka siownie z dwoma opatami (rys. 3.14). Rozwizanie to daje redukcj kosztw przedsiwzicia oraz spadek masy wirnika. Wymaga jednak wikszej prdkoci obrotowej, aby uzyska moc wyjciow porwnywaln z maszyn trjpatow, co w poczeniu z wikszym haasem i mniej harmonijnym wygldem zdecydowao o sabncej popularnoci tego rozwizania. Dodatkowo na niekorzy tego wirnika przemawia konieczno zapewnienia piacie moliwoci odchylania si w celu wytumienia przecienia zwizanego z przechodzeniem opat przez obszar za wie.

Rys. 3.13. Trjpatowe siownie KOMEL: a) siownia przydomowa, b) jachtowa elektrownia wiatrowa JSW 750-12 [http://www.komel.katowice.pl]

30



31

AB, 162 87 Sztokholm. Zamieszczona na rysunku 3.15 konstrukcja naley do najwikszych na wiecie (pod wzgldem mocy) [http://www.uwm.edu.pl/]. Dane techniczneKonstrukcja Moc max. Wys. wiey rednica wirnika Liczba opat Prdko wirnika Min. prdko wiatru pozioma 3000 kW 78 m 80 m 2 14 - 21 obr/min 6 m/s 14 m/s 25 m/s zmienny kt natarcia opatek 162 000 kg 8 stopni

Rys. 3.14. Przykady elektrowni wiatrowych z wirnikami jedno i dwupatowymi [http://www.elektrownie.tanio.net]

Optymalna prdko Prdko wyczenia System kontroli mocy Masa gowicy Kt uniesienia opat

Przykady konstrukcji siowni wiatrowych wielopatowych:

Rys. 3.15. Elektrownia wiatrowa 3.0 MW WTS80-3/1 Nsudden II [http://www.uwm.edu.pl] Istniej take wirniki jednopatowe, jednak s bardzo rzadko spotykane. Odnosz si do nich te same wtpliwoci co do konstrukcji dwupatowych, z tym, e wymagaj jeszcze wikszych prdkoci obrotowych i s goniejsze. Jedyn zalet s nisze koszty. Elektrownia wiatrowa dwupatowa 3.0 MW WTS80-3/1 Nsudden II (rys. 3.15) Turbina zostaa zainstalowana w listopadzie 1992 w Nsudden (jedna z wysp Gotlandii na morzu Batyckim) i po badaniach technicznych w marcu 1993 roku przesza do eksploatacji. Od tego czasu pracuje bezawaryjnie. Wacicielem elektrowni wiatrowej jest VATTENFALL Rys. 3.16. Wiatraki wolnobiene, wielopatowe [http://www.ekoland4.com] Dotychczas opisywano gwnie trzypatowe konstrukcje, jednak naley pamita, e do pracy w ukadach zamknitych doskonale nadaj si konstrukcje wolnoobrotowe wielopa-

32



33

towe (rys. 3.16) bardzo powszechne na sabo zaludnionych terenach USA. Wiatraki te praktycznie nie znajduj zastosowania w zawodowej energetyce, ale jako dodatkowe rdo energii elektrycznej dla domu lub mechanicznej (napd pomp wodnych) sprawdzaj si znakomicie. Ich najwikszymi zaletami s: rozruch ju przy bardzo sabym wietrze, duy moment obrotowy oraz prostota konstrukcji (paty nie maj specjalnych profili aerodynamicznych) i niska cena w porwnaniu z elektrowniami o dwch lub trzech migach [http://darmowa-energia.eko.org.pl]. Przykadowy wiatrak wielopatowy o mocy 5 kW ma rednic wirnika 5,5 m, co daje wspczynnik wytworzonej energii do powierzchni zakrelanej przez wirnik 0,21 kW/m2 co nie jest imponujc wartoci, mniejsz od osiganej przez przecitne konstrukcje 3 patowe o tej samej mocy (od 0,26-0,36 kW/m2 w przypadku maych aerogenratorw). Naley jednak mie na wzgldzie to, e wirnik wielopatowy rozpoczyna produkcj energii ju przy wietrze rzdu 2,1 m/s, podczas gdy dobre wirniki trzypatowe dopiero przy wiatrach w granicach 3-4 m/s. Moc nominaln aerogenerator typu T550 (rys. 3.17) osiga przy prdkoci wiatru 12 m/s [http://www.ekoland4.com], co jest wartoci porwnywaln do nominalnej prdkoci wiatru dla turbin 3 patowych.

Zestawianie parametrw siowni wielopatowych typu T (rys. 3.17)T 330 Moc znamionowa rednica wirnika Wirnik wielopatowy Prdko rozruchu Nominalna prdko wiatru Ustawianie do wiatru 1 kW 330 cm 36 2,1 m/s 11,6 m/s ster kierunkowy T 460 3 kW 460 cm 42 2,1 m/s 11,6 m/s ster kierunkowy T 550 5 kW 550 cm 48 2,1 m/s 12 m/s ster kierunkowy T 780 10 kW 780 cm 48 2,1 m/s 12 m/s ster kierunkowy

Jeli na skutek wzrostu szybkoci wiatru moment silnika wiatrowego wzronie, to wzrost jego mocy ujawni si przede wszystkim w zwikszeniu si jego szybkoci obrotowej. Poniewa za w miar zwikszania si szybkoci obrotowej silnika jego moment obrotowy maleje, to silnik zwikszy swoje szybkoci obrotowe a do zrwnowaenia swego momentu obrotowego z momentem obcieniowym. a) b)

Rys. 3.18. Przykady instalacji siowni wielopatowych: a) firmy KOMEL [http:// www.komel.katowice.pl/], b) WE 1000 [http://www.ekoland4.com] Gdy natomiast z jakichkolwiek przyczyn zwikszy si moment obcieniowy lub moment obrotowy silnika si zmniejszy, to silnik wiatrowy zmniejszy przede wszystkim sw szybko obrotow. Poniewa w miar zmniejszania szybkoci silnika jego moment obrotowy wzrasta, to silnik bdzie zmniejsza szybko obrotow, a jego moment obrotowy zrwnoway si z momentem obcieniowym. Mona wic stwierdzi, e praca wieloopatkowego silnika wiatrowego z maszyn produkcyjn o staym momencie obcieniowym jest stateczna. Wieloopatkowy silnik wiatrowy nawet przeciony bdzie w dalszym cigu pracowa zmniejszajc tylko swoj szybko obrotow oraz wspczynnik wykorzystania energii wiatru, czyli swoj sprawno. Osiowe par-

Rys. 3.17. Elektrownia wielopatowa T550 [http://www.ekoland4.com] Nastawianie koa wiatrowego pod wiatr dokonuje si sterem tylnym wykonanym z ktownikw i blachy stalowej. Do regulowania szybkoci obrotowej silnika wiatrowego stosuje si zwykle odchylanie wirnika od kierunku wiatru przy pomocy steru bocznego. Zatrzymywanie silnikw wiatrowych tego typu jest dokonywane przez cignicie ku sobie obu sterw, tylnego i bocznego, co przeprowadza si z dou przy pomocy odpowiedniej linki nawijanej na koowrt.

34



35

cie wiatru w wiatrowych silnikach wieloopatkowych jest najwiksze podczas rozruchu i w miar zwikszania szybkoci obrotowej prdko maleje [http://darmowa-energia.eko.org.pl]. Zestawianie parametrw siowni wielopatowych przedstawionych na rysunku 3.18WE 1000 Moc znamionowa rednica wirnika Wirnik Prdnica Nominalna prdko wiatru Masa gondoli z wirnikiem Ustawianie do wiatru 1,0 KW 2,2 m wielopatowy regulatory inwenter - moc 2,5 kW akumulator 2,5 kW 10 m/s bd ster kierunkowy KOMEL 3 kW 4,4 m Wieloopatowy (12) prdnica PMSg160L16 bd 25 kg ster kierunkowy

Wiatraki firmy Vortex (rys. 3.19) uzyskuj 3-krotnie wiksz moc w porwnaniu do nie otunelowanych wiatrakw o tych samych rozmiarach, poniewa w przeweniu tunelu o ksztacie dyszy powietrze znacznie zwiksza prdko przepywu. Szybkie obroty miga pozwalaj stosowa mniejsze przeoenie midzy nim a prdnic, a mae rozmiary zwikszaj sztywno konstrukcji. Obudowa poprawia sprawno aerodynamiczn, a w wypadku rozerwania wirnika przez zbyt silny wiatr chroni otoczenie przed zagroeniem.

Przykady konstrukcji siowni wiatrowych z dyfuzorem Turbiny o osi poziomej wyposaone w dyfuzor. Zgodnie z prawem Bernouliego dotyczcym zachowania si orodka (np. gazu) w rurze, w ktrej wystpuj zmiany rednicy zmienia si rwnie prdko przepywu gazu. W zwizku z tym, jeli tradycyjny wirnik zabudujemy w tunelu, a dokadniej w jego przeweniu, bdzie on wirowa w powietrzu przepywajcym szybciej ni wiatr poza tym tunelem. Dziki temu moliwe bdzie otrzymanie wikszej iloci energii ni bez otunelowania wirnika. Rys. 3.20. Turbina wiatrowa z dyfuzorem [Frankovi, Vrsalovi 2001] Koncepcj rozwojow typowej turbiny z poziom osi obrotu wirnika jest zastosowanie dyfuzora (rys. 3.20). Umieszczenie wirnika wewntrz dyfuzora teoretycznie zwiksza sprawno przetwarzania energii wiatru na energi elektryczn. Charakterystyka pracy wirnika z dyfuzorem pozwala na uzasadnione ekonomicznie zastosowanie turbiny wiatrowej przy niszych prdkociach wiatru. Turbiny z dysz mog pracowa przy prdkoci wiatru v < 4 m/s. Tak wic praktycznie na caym obszarze Polski mon stosowa instalacje wiatrowe z wykorzystaniem turbin z dyfuzorem. Jednoczenie opacalne moe by stosowanie turbin o mniejszych rednicach przy montau na niszych wieach, co moe znaczco obniy koszty instalacji. Turbiny wiatrowe tego typu pracuj o 3200 godz. rocznie duej ni konwencjonalne turbiny wiatrowe. Roczna produkcja energii turbiny wiatrowej z dysz przy mocy Ps = 660 kW na poziomie 4,3 GWh jest o okoo 3 GWh wiksza ni roczna produkcja energii z turbiny konwencjonalnej (rys. 3.21) wytwarzajcej rocznie 1,3 GWh. Zapewnia to efektywn prac siowni wiatrowych nawet w terenie o nienajlepszych warunkach wiatrowych [Frankovi, Vrsalovi 2001].

Rys. 3.19. Przykady turbin wyposaonych w dyfuzor [http://www.elektrownie-wiatrowe.org.pl]

36



37

Rys. 3.22. Rotor Magnusa. Opyw dookoa wirujcego walca [http://www.eko-moc.webpark.pl] Na rys. 3.23 przedstawiono krzyw biegunow takiego walca, nazywanego czsto rotorem Magnusa lub rotorem Flettnera, przy czym zamiast wielkoci ktw naparcia przyjto tutaj za parametr stosunek obwodowej szybkoci rotora do szybkoci wiatru. Porwnanie tej krzywej biegunowej z krzyw biegunow profilu opywowego przedstawione jest rysunku poniej. Z porwnania obu krzywych wynika, e wspczynnik siy nonej rotora jest wielokrotnie wikszy ni wspczynnik profilu opywowego. Jednak wspczynnik oporu jest w jeszcze znaczniejszym stopniu wikszy od wspczynnika oporu profilu opywowego. Kt najwikszej doskonaoci u rotora jest znacznie wikszy ni u profilu opywowego, a zatem i aerodynamiczna doskonao rotora ustpuje znacznie doskonaoci profilu opywowego. Rotory w porwnaniu ze skrzydami oprofilowanymi maj prawie trzykrotnie gorsze waciwoci aerodynamiczne.

Rys. 3.21. Zasada dziaania dyfuzora [Frankovi, Vrsalovi 2001]

Przykady konstrukcji siowni wiatrowych wykorzystujcych efekt Magnusa: Podczas opywu powietrza dookoa obracajcego si walca koowego o osi prostopadej do kierunku wiatru (rys. 3.22) powstaje sia poprzeczna do wiatru skierowana od strony, po ktrej wiatr i obrt maj kierunki przeciwne, ku stronie, po ktrej kierunki wiatru i obrotu s zgodne. Zjawisko to jest znane jako zjawisko Magnusa od nazwiska jego odkrywcy niemieckiego fizyka i chemika H.G. Magnusa, ktry zwrci uwag na to, e powoduje ono zakrzywienie toru wybitej pieczki tenisowej lub golfowej oraz zmienia tor obracajcego si pocisku artyleryjskiego i jako pierwszy zbada to zjawisko w 1853 r. Najatwiej mona zapozna si z nim dowiadczalnie upuszczajc krccy si szybko walec blaszany (bk). Walec ten nie opada pionowo, ale w przypadku gdy jego o obrotu bdzie pozioma szybuje lotem lizgowym, podobnie jak pat nony. Spadek natomiast tego samego nie obracajcego si walca odbywa si wzdu pionu. Obracajcy si w strumieniu powietrza walec powodujcy zjawisko Magnusa (rys. 3.22) moe osign wspczynnik siy nonej nawet 10. Koniecznym jest jednak dlatego zaopatrzy koce walca w wystajce ponad jego powierzchni krki, uniemoliwiajce wyrwnywanie si cinie po obu stronach cylindra (aby zapobiec powstawaniu oporu indukcyjnego) oraz nadanie walcowi szybkoci obwodowej okoo czterokrotnie wikszej ni szybko wiatru.

Rys. 3.23. Krzywa biegunowa obracajcej si opaty procesora Magnusa [http://darmowa-energia.eko.org.pl]

38



39

Niemiecki konstruktor Flettner zbudowa w r. 1926 wiatrak (rys. 3.24) oparty o zjawisko Magnusa. Zamiast zwykych skrzyde umieszczono na ramionach wiatraka odpowiednio wykonane z blachy stoki cite, mogce obraca si wok ich osi. Do obrotu tych stokw uyto silnikw elektrycznych. rednica wiatraka wynosia 20m, dugo kadego ze stokw 5m, rednica stokw po stronie wewntrznej wirnika 72cm, po zewntrznej 90cm. Podobno rezultaty nie byy zbyt pomylne.

Rys. 3.25. Siownie wiatrowe wykorzystujce efekt Magnusa: a) ACOWIND A-63 [http://darmowa-energia.eko.org.pl], b) Mekaro Akita Co Ltd. (Japonia) [http://v3.espacenet.com] Nowy rodzaj wirnika podobno wykazuje wysz sprawno przy maych prdkociach wiatru, wiksz odporno na wiatry o zbyt duej prdkoci, a co najwaniejsze wirnik obraca si prawie 3 razy wolniej ni w konwencjonalnych rozwizaniach. Mniejsza prdko obrotowa to oczywicie mniejszy haas (szczeglnie w zakresie infradwikw) i wiksze bezpieczestwo dla ptakw. Zestawienie danych technicznych ACOWIND A-63Startowa prdko wiatru Zatrzymanie przy prdkoci wiatru Nominalna prdko wiatru Rotor elektrowni, rednica Powierzchnia napywu Prdko obrotowa Ilo wirnikw Regulacja prdkoci wirnikw Wiea Wysoko do gowicy Przekadnia napdowa Generator Moc nominalna Napicie Regulacja Ukad orientacji Ciar Ukad bezpieczestwa 3 m/sek. 25 m/sek. 12 m/sek. 56 m 2463 m2 3 - 6,1 obr/min 3 pynna Rurowa , stokowa, stalowa 60 m Hydroobjtociowa (hydrauliczna) Asynchroniczny 4 biegunowy 1000 kW 690 V Mikroprocesorowy sterownik programowalny Akcyjny z jednym silnikiem napdowym Wiea 80 t Platforma (gondola) 40 t Rotor elektrowni 38 t Pasywny, bez hamulcw

Rys. 3.24. Wiatrak Flettnera [http://darmowa-energia.eko.org.pl] W oparciu o ten prototyp konstruktorzy z biaoruskiej firmy Acowind wykonali projekt elektrowni ACOWIND A-63 (rys. 3.25) o mocy nominalnej 1MW. Wirnik tego wiatraka powsta w Polsce w Zakadach Remontw i Produkcji Sprztu Lotniczego z Bielsko-Biaej. Poniszy opis zosta zaczerpnity ze strony tej firmy http://marganski.com.pl.

40



41

Mimo, e przy znacznej sile nonej rotor Magnusa stawia te duy opr, to w przypadku, gdy wiatrak jest wolnoobrotowy, sia oporu w wikszoci jest przejmowana jako nacisk osiowy przez oyska i nie przeciwdziaa obrotom wirnika. Gdy wiatrak jest bardziej szybkobieny doskonao profilu opatki odgrywa wiksz rol (sia oporu profilu skrzyda jest zwrcona pod mniejszym ktem do paszczyzny obrotu wirnika i bardziej przeciwdziaa jego obrotom). Z tego wynika, e wiatrak z rotorami Magnusa nie powinien by projektowany jako szybkoobrotowy. Przykad konstrukcji siowni wiatrowych o wirniku w ksztacie kuli (Energy Ball): To nowoczesna turbina wiatrowa (rys. 3.26) znacznie rnica si od dotychczas stworzonych. Ta bowiem nie tylko wyglda, ale te krci si inaczej ni konwencjonalne wiatraki, tzn. wok osi rwnolegej do osi ziemi (poziomej).

Rys. 3.27. Szkic techniczny [http://www.home-energy.com] Szwedzi nie ujawniaj na razie zbyt wielu szczegw, ale ju dzi wiadomo, i najmniejsze urzdzenie potrafi dostarczy okoo 15 % energii potrzebnej w przecitnym gospodarstwie domowym. Jego zalet jest rwnie to, e sprawdza si rwnie w warunkach sabego nasilenia wiatru. Wykorzystuje bowiem tzw. efekt Venturiego. Energy Ball swoje niezwyke waciwoci zawdzicza dyszy, ktra jest przyrzdem sucym do pomiaru prdkoci przepywu cieczy lub gazu stworzonym przez Giovanniego Battist Venturiego. Zasada jej dziaania to czysta fizyka, a dokadniej idealna ilustracja prawa Bernoulliego: w pewnym miejscu kanau, w ktrym z prdkoci v przemieszcza si pyn (gaz lub ciecz) znajduje si przewenie o znacznie mniejszym przekroju. To sprawia, e czysto matematycznie, kwadrat prdkoci pynu przed zwk jest wprost proporcjonalny do rnicy cinie przed zwk i na niej. Praktycznie natomiast zwka pozwala w ten sposb wytworzy podcinienie majc do dyspozycji jedynie cinienie. W klasycznej zwce Venturiego w celu pomiaru wykorzystuje si barometr rnicowy [http://www.termodom.pl]. Przykad konstrukcji siowni wiatrowych z dwoma wirnikami Na naspnej stronie przedstawiono siowni wyposaon w dwa wirniki dwupatowe (rys. 3.28).

Rys. 3.26. Turbina wiatrowa tzw. Energy Ball [http://www.home-energy.com] Urzdzenie przede wszystkim wyrnia kulisty ksztat, ktry jest wynikiem prac podejmowanych z myl o efektowniejszym, cichszym i bezpieczniejszym uzyskaniu energii elektrycznej. I tak rzeczywicie jest: niewielkie rozmiary oraz sferyczny ukad turbiny umoliwiy wzrost wydajnoci przy jednoczesnym obnieniu poziomu haasu. To z kolei czyni t siowni wiatrow idealn do domowego uytku.

42



43

Rys. 3.28. Siownia wiatrowa ST 2.0 California SuperTwinTM Dual-Rotor 2.0 kW

Rys. 3.30. Ukad siowni wiatrowych z dyfuzorem [http://www.optiwind.com/]

Rys. 3.31. Ukad siowni wiatrowych trjpatowych [http://www.avint.com] Rys. 3.29. Siownia wiatrowa z dwoma asymetrycznymi wirnikami trjpatowymi [Sung Nam Jung i inni 2005] Dziki takiemu rozwizaniu moliwe jest zwikszenie prdkoci wzgldnej wirnika i stojana generatora (rys. 3.28 i 3.29), co sprawia, e moc nominalna generatora uzyskiwana jest przy niszych prkociach wiatru. Przykad konstrukcji siowni wiatrowych czonych w ukady Tego typu rozwizania (rys. 3.30 3.32) pozwalaj zwikszy ekonomiczno inwestycji poprzez zmiejszenie iloci urzdze np.: umoliwiajcych poczenie ukad siowni z sieci energetyczn.

Rys. 3.32. Ukad siowni wiatrowych bbnowych [http://www.inhabitat.com]

44



45

Przykad konstrukcji siowni wiatrowych z kilkoma turbinami:

wiatrowych z poziom osi obrotu silniki typu VAWT stanowi niewielk cz pracujcych obecnie instalacji. Wikszo konstrukcji silnikw wiatrowych VAWT bazuje na trzech podstawowych rozwizaniach konstrukcyjnych. S to silniki Savoniusa, Darrieusa oraz rotory typu H. Przykady takich rozwiza przedstawia rys. 3.34. a) b) c)

Rys. 3.34. Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu: a) wirnik Darrieusa sprzgnity z dwoma wspomagajcymi wirnikami Savoniusa, b) silnik wiatrowy Savoniusa, c) turbina o wirniku w ksztacie H. W 1922 roku fiski inynier Sigurd J. Savonius opracowa konstrukcj silnika wiatrowego z pionow osi obrotu. Zasad jego dziaania przedstawia rys. 3.35. Jest to urzdzenie o bardzo prostej budowie. Wirnik Savoniusa jest czsto stosowany zarwno przez amatorw budujcych siownie wiatrowe sposobem gospodarczym, jak i przez firmy profesjonalnie zajmujce si produkcj turbin wiatrowych. Niestety silnik Savoniusa charakteryzuje si niewielk sprawnoci przetwarzania energii wiatru na energi uyteczn. Mimo to, silnik Savoniusa znajduje zastosowanie ze wzgldu na niezawodno, prostot konstrukcji oraz niskie koszty wytworzenia. Rys. 3.33. Silnik wiatrowy z siedmiu turbin trjpatowych [http://www.superturbine.net/] Tego typu rozwizanie (rys. 3.33) moe by wykorzystane do zwikszenia momentu obrotowego wirnika.

3.4. Siownie wiatrowe z silnikiem o pionowej osi obrotu wirnika VAWTPrace nad turbinami wiatrowymi z pionow osi obrotu (VAWT Vertical Axis Wind Turbine) nie postpoway w takim tempie jak nad turbinami z wirnikiem o poziomej osi obrotu (HAWT Horizontal Axis Wind Turbine). W porwnaniu z rozwizaniami silnikw

Rys. 3.35. Zasada dziaania silnika Savoniusa [http://en.wikipedia.org/wiki/Savonius_wind_turbine]

46



47

W 1931 Darrieus opatentowa wirnik, ktry jest obecnie nazywany od jego nazwiska. Wirnik tego typu ma praktycznie zerowy moment startowy, w zwizku z czym konieczne jest wstpne napdzenie. Do rozpdzenia wirnika Darrieusa powszechnie wykorzystywany jest napd elektryczny, chocia stosowane s rozwizania niekonwencjonalne. Rysunek nr 3.34a ukazuje wirnik Darrieusa wyposaony w dwa pomocnicze wirniki Savoniusa. Jest to do nietypowe rozwizanie zapewniajce uzyskanie odpowiedniego momentu napdowego przy starcie turbiny. Typowe rozwizanie silnika Darrieusa produkcji firmy FLOWIND oraz charakterystyk mocy w funkcji prdkoci wiatru przedstawiono na rys. 3.36.

W ostatnim czasie pojawio si wiele rozwiza technicznych silnikw wiatrowych z pionow osi obrotu bdcych modyfikacjami podstawowych konstrukcji Darrieusa, Savoniusa oraz rotorw typu H.

3.5. Przykady rozwiza konstrukcyjnychTurbiny wykorzystujce zasad dziaania silnika Savoniusa a) b)

Rys. 3.36. Turbina wiatrowa z pionow osi obrotu o wysokoci 19m produkcji firmy FloWind, wykorzystujca silnik Darrieusa [http://www.ecopowerusa.com/vawt.html] Silnik Darrieusa jest urzdzeniem wykorzystujcym si non powstajca w wyniku przepywu pynu wok profilu o odpowiednim ksztacie. Zasada powstawania siy nonej, ktra w efekcie generuje moment napdowy w silniku Darrieusa jak rwnie w rotorach typu H przedstawiona zostaa na rys. 3.37.

Rys. 3.38. Turbina TMA z kierownicami strumienia powietrza: a) widok konstrukcji turbiny TMA, b) porwnanie wymiarw typowej elektrowni wiatrowej HAWT i elektrowni z turbin TMA [http://www.tmawind.com]

Typowy wirnik Savoniusa ma niewielk sprawno oraz charakteryzuje si du zmiennoci momentu napdowego w trakcie obrotu wirnika. Wiele orodkw naukowych oraz firm zajmujcych si produkcj turbin wiatrowych pracuje nad rozwizaniami, ktre mog te wady wyeliminowa. Przykadem udanej modyfikacji mog by: przedstawiona na rys. 3.38 turbina TMA wykorzystujca koncentracj strumienia powietrza na kierownicach powietrza, przez co zwiksza si prdko strugi powietrza przepywajcego przez stref robocz turbiny oraz turbina tzw. widerkowa. Turbina widerkowa jest modyfikacj silnika Savoniusa, w ktrej powierzchnie robocze wirnika stanowi powierzchnie walcowe uoone wzdu linii rubowej. W efekcie tej modyfikacji zapewniono zmniejszenie zmiennoci momentu napdowego w trakcie obrotu wirnika (rys. 3.39). Rys. 3.37. Zasada powstawania siy nonej na profilu opywanym przez powietrze

48



49

Turbiny z rotorem typu H a) b)

Rys. 3.39. Turbiny widerkowe, z powierzchni robocz pata uoon wzdu linii rubowej [http://www.windside.com] Rys. 3.41. Turbiny firmy PacWind z USA: a) model Delta I, b) model Delta II [http://www.pacwind.net/products.html] Du grup wrd produkowanych obecnie na wiecie turbin wiatrowych z pionow osi obrotu stanowi rne odmiany rotora typu H. S to silniki wiatrowe wytwarzajce moment napdowy w wyniku siy nonej powstajcej na profilu pata lotniczego. W zasadzie rotor typu H mona potraktowa jako wycinek wirnika Darrieusa. Istniej rozwizania z dwoma, trzema, czterema i picioma patami. Wielkoci turbin z rotorem typu H obejmuj konstrukcje mikro (moc rzdu kilkudziesiciu watw) do konstrukcji o mocach rzdu kilkudziesiciu kilowatw. Przykady produkowanych na wiecie turbin wiatrowych typu H przedstawiaj rys 3.41-3.43.

Rys. 3.40. Turbina Helix Wind, z kieszeniami chwytajcymi wiatr uoonymi wzdu linii rubowej [www.helixwind.com] Podobnym rozwizaniem jest turbina wiatrowa Helix Wind (rys. 3.40), w ktrej zastosowano kieszenie chwytajce wiatr rozmieszczone, podobnie jak powierzchnia czynna wirnika turbiny widerkowej, wzdu linii rubowej. Kieszenie, wykonane z tworzywa sztucznego, s pojedynczymi elementami, ktre czone s ze sob tworzc powierzchni czynn wirnika. Turbina ta charakteryzuje si ma zmiennoci momentu napdowego, du, jak na modyfikacj silnika Savoniusa sprawnoci wykorzystania energii wiatru, moduow budow umoliwiajc dostarczenie turbiny do uytkownika kocowego w paczce do samodzielnego montau. Inn cech tej turbiny jest niepowtarzalny wygld, ktry jest atutem zapewniajcym oprcz efektu energetycznego rwnie wraenia estetyczne.

Rys. 3.42. Turbiny z wirnikami typu H firmy Windstar [http://www.windharvest.com] Przykadem zastosowania wirnika karuzelowego, optymalizowanego pod ktem wykorzystania wiatrw o maych prdkociach, s turbiny firmy Windstar (rys. 3.42).

50



51

a)

b)

Rys. 3.43. Turbiny firmy Ropatec: a) model EasyVertical, b) model MaxiVertical [http://www.ropatec.com] Pewn modyfikacj wirnika typu H stanowi silnik wiatrowy Turby opracowany w Holandii. Konstrukcja tej turbiny zostaa zoptymalizowana tak, aby moliwe byo w niej wykorzystanie wiatru wiejcego z dowolnego kierunku, nie tylko prostopadle do osi obrotu, ale rwnie strumienia powietrza wiejcego od dou. Celem tej modyfikacji jest dostosowanie turbiny z pionow osi obrotu do pracy w gsto zabudowanych obszarach, z budynkami o znacznej wysokoci. W takich warunkach powstawa mog prdy wznoszce o do duych prdkociach strugi powietrza. Przykad umiejscowienia turbiny Turby na dachu budynku w terenie gsto zabudowanym przedstawiony zosta na rys. 3.44. Rys. 3.45. Turbiny firmy PacWind z USA: a) model Sea Hawk, b) model Aeolian [http://www.pacwind.net/products.html] W 1985 roku zostaa opatentowana w Polsce przez Z. Pawlaka (rys. 3.46) poprzeczna dwustopniowa turbina przepywowa charakteryzujca si midzy innymi: duym momentem startowym, ma szybkobienoci i cichobienoci. Autor patentu przewiduje zastosowanie tego rozwizania jako silnik wiatrowy lub konwerter energii fal i prdw morskich. [http://www.eko-moc.webpark.pl/wiatraki/pawlaka.html]

Rys. 3.44. Turbina Turby bdca modyfikacj wirnika typu H opracowana do wykorzystania wiatrw wiejcych z rnych kierunkw [www.turby.nl] Turbiny z rotorem bbnowym Kolejn grup turbin wiatrowych z pionow osi obrotu stanowi turbiny z wirnikiem bbnowym. Mona je potraktowa jako turbiny reakcyjne. Tworzone s jako konstrukcje z kierownicami strumienia czynnika roboczego (powietrza) lub bez kierownic. Przykadem rozwiza konstrukcyjnych turbin wiatrowych wykorzystujcych wirniki bbnowe bez kierownic strumienia powietrza przedstawia rys. 3.45. Rys. 3.46. Koncepcja dwustopniowej poprzecznej turbiny przepywowej Pawlaka [http://www.eko-moc.webpark.pl/wiatraki/pawlaka.html]

Turbina o podobnej konstrukcji produkowana jest przez francusk firm GUAL Industrie. Zasada dziaania tej turbiny, wygld, przykadowa aplikacja oraz charakterystyka przedstawione zostay na rys. 3.47.

52



53

a)

b)

l

w przypadku umieszczenia generatora w gondoli wymagaj zastosowania pocze lizgowych.

c)

Rys. 3.47. Turbina firmy Gual Indust rie: a) schemat dziaania; b) przykad zastosowania w budynku mieszkalnym; c) charakterystyka turbiny STATOEOLIEN GS8/3 [http://www.gual-industrie.com]

3.6. Zalety i wady siowni z wirnikiem typu HAWT i VAWTZalety oraz wady silnikw wiatrowych konstrukcje o poziomej osi obrotu: zalety: l posiadaj wysz sprawno od turbin o pionowej osi obrotu, l estetyczny i harmonijny wygld, l dua sprawno wykorzystania energii wiatru, wady: l wysoki poziom emitowanego haasu ze wzgldu na wysoka prdko obrotowa, l wymagaj mechanizmu, ktry przy bardzo silnym wietrze ogranicza obroty turbiny, l wymagaj mechanizmu naprowadzania na wiatr,

Zalety oraz wady silnikw wiatrowych konstrukcje o pionowej osi obrotu: zalety: l jednakowa praca niezalena od kierunku wiatru nie wymagaj mechanizmu ustawiania na wiatr, a wic uproszczona konstrukcja mechaniczna oraz sterowanie, l moliwo atwego montau na obiektach nie jest konieczne budowanie wysokich masztw, l moliwo montau na dachach budynkw, supach, istniejcych konstrukcjach masztw itp., l cicha praca nawet przy maksymalnej prdkoci obrotowej, l odporno na silny wiatr nie wymaga zatrzymania nawet przy wietrze o prdkoci 40 m/s ksztat wirnika zapewnia aerodynamiczne ograniczenie prdkoci obrotowej, l odporno w warunkach zimowych na pokrycie szadzi, szronem czy lepkim niegiem dziki niewielkiej rednicy i niskiej prdkoci obrotowej, nie wymaga wirnika z tego powodu nie powoduje duych niebezpiecznych drga, l bezobsugowa praca zespou prdotwrczego brak pocze lizgowych, l moliwa jest konstrukcja przenona dziki atwemu montaowi i demontaowi, l stosunkowo niski koszt w porwnaniu z klasycznym wiatrakiem o poziomej osi obrotu, l estetyczny wygld podczas pracy wraenie cyklicznej zmiany ksztatu, daje nowe moliwoci umieszczenia reklam czy te wykorzystania jako element scenografii krajobrazu, wady: l niska sprawno, aby wytworzy tak sam ilo energii, co tradycyjne turbiny wymagaj znacznie wikszych gabarytw, l ze wzgldu na niewielk prdko obrotowa potrzebny jest generator wolnobieny lub przekadnia, ktrej zastosowanie zmniejsza dodatkowo sprawno urzdzenia i przyczynia si do zwikszenia emisji haasu.

3.7. Moliwoci wykorzystania mikrosiowni wiatrowychMikrosiownie wiatrowe znajduj zastosowanie w nastpujcych obszarach: l produkcja energii elektrycznej na skal lokaln bd krajow, l podwietlanie tablic informacyjnych i reklamowych noc konstrukcje VAWT nie wymagaj wysokich masztw, l miejsca, gdzie wiej ekstremalnie silne wiatry: grskie chaty, nadmorskie pensjonaty morze i gry to miejsca gdzie wiatr moe osiga ogromne prdkoci. Turbiny o pio-

54



55

l

l l l l l l

nowej osi obrotu doskonale sprawdzaj si w takich warunkach i dziki nim osigaj o wiele lepsze parametry ni ma to miejsce w warunkach normalnych, dachy budynkw, wieowcw symulacje komputerowe pokazuj ok. 30 % zwikszenie prdkoci wiatru kilka metrw nad dachem w porwnaniu do przepywu bez obecnoci budynku. Daje to ponad dwukrotny wzrost mocy uzyskanej dziki usadowieniu turbiny w takim miejscu zagszczenie linii wiatru, balkony i tarasy, domy jednorodzinne, ogrody, altanki morskie znaki nawigacyjne, rolnictwo zasilanie elektryczne maszyn i urzdze gospodarczych, zasilanie pomp melioracyjnych, hodowla ryb, zasilanie urzdze do napowietrzania i rekultywacji zbiornikw wodnych, podgrzewanie wody.

4. Koncepcje rozwiza systemowych przydomowych siowni wiatrowychRozpatrujc konstrukcje siowni wiatrowych od strony elementw skadowych wyrni w nich mona podstawowe bloki funkcjonalne: l przetwarzanie energii kinetycznej pynu w energi mechaniczn ruchu obrotowego, l wytwarzanie energii uytecznej poprzez przetwarzanie energii mechanicznej ruchu obrotowego w inne postaci energii (elektryczn, ciepln, sprone powietrze), l magazynowanie energii (energia elektryczna akumulatory elektrochemiczne, superkondensatory bd magazynowanie w zasobach sieci elektroenergetycznej, cieplna bezporednie nagrzewanie czynnika roboczego lub wykorzystanie ciepa przemiany fazowej czynnika, magazynowanie energii w wodorze wykorzystywanym nastpnie do zasilania ogniw paliwowych lub silnikw spalinowych.

Rys. 4.1. Bloki funkcjonalne w rozwizaniach systemowych Przedstawione poniej koncepcje rozwiza systemowych s konsekwencj moduowego podejcia do konstrukcji maszyn przetwarzajcych energi wiatru w uyteczne formy energii. Proponowane przez autorw koncepcje bazuj na zaoeniu wytwarzania w systemie jednego rodzaju energii uytecznej ale nie wykluczaj moliwoci zrnicowania form energii wytwarzanej w systemie.

56



57

Koncepcja 1 Zamiana energii wiatru w energi elektryczn Energia elektryczna wytworzona w siowni wiatrowej moe zosta wykorzystana na potrzeby wasne zasilajc obwody wydzielone lub sprzedana do przedsibiorstwa obrotu energi (rys. 4.2), czyli zasila sie energetyki zawodowej. Przetwarzanie energii wiatru na energi elektryczn przy uyciu elektrowni wiatrowej z zamiarem sprzeday tej energii wie si z koniecznoci prowadzenia dziaalnoci gospodarczej. Dziaalno polegajca na wytwarzaniu energii ze rde odnawialnych podlega koncesjonowaniu niezalenie od mocy rda energii. Sytuacja ta wymuszona zostaa wejciem w ycie z dniem 1 maja 2004 r. ustawy z dnia 2 kwietnia 2004 r. o zmianie ustawy Prawo energetyczne i ustawy Prawo ochrony rodowiska. Koncesja udzielana jest przez prezesa URE po ocenie z punktu widzenia zapisw ustawy Prawo energetyczne czy wnioskodawca: 1. ma siedzib lub miejsce zamieszkania na terytorium pastwa Unii Europejskiej; 2. dysponuje rodkami finansowymi w wielkoci gwarantujcej prawidowe wykonywanie dziaalnoci bd jest w stanie udokumentowa moliwo ich pozyskania; 3. ma moliwoci techniczne gwarantujce prawidowe wykonywanie dziaalnoci; 4. zapewni zatrudnienie osb o waciwych kwalifikacjach zawodowych; 5. uzyska decyzj o warunkach zabudowy i zagospodarowania terenu. [http://www.elektrownie-wiatrowe.org.pl/por_koncesje.htm 2007]

r elektrownia wiatrowa wsppracuje. Wymusza to stosowanie odpowiednich ukadw i urzdze automatycznego sterowania, ktre zapewni synchronizacj z sieci energetyczn (rys 4.3).

Rys. 4.3. Schemat ukadu synchronizujcego z sieci energetyki zawodowej.

Elektrownia wiatrowa wytwarzajca energi wycznie na potrzeby odbiornikw autonomicznych doczonych do wydzielonego obwodu jest cakowicie niezalenym rdem energii. rdami energii w tego typu elektrowniach s prdnice prdu staego lub mae prdnice prdu przemiennego, czsto z magnesami trwaymi (nie wymagajce dodatkowych obwodw wzbudzenia). Ze wzgldu na zaleno iloci i jakoci produkowanej energii od prdkoci wiatru siownie te wsppracuj z systemami magazynowania energii w baterii akumulatorw [Klugman-Radziemska 2006]. Schemat takiego ukadu przedstawiono na rys. 4.4. Gdy istnieje potrzeba zasilania odbiornikw prdu przemiennego ukad taki mona doposay w przetwornic napicia staego na napicie prdu przemiennego rys. 4.5. [Nalepa 2007].

Rys. 4.2. Koncepcja rozwizania systemowego zamiany energii wiatru w energi elektryczn wraz z jej sposobem magazynowania lub bezporedniego wykorzystania. Zatem oddawanie do przemysowej sieci energetycznej energii elektrycznej wyprodukowanej przez siownie wiatrowe wymaga szeregu zezwole oraz zapewnienia odpowiedniej jakoci energii elektrycznej. Energia elektryczna wytwarzana w elektrowniach pracujcych w sprzgniciu z sieci energetyki zawodowej musi mie takie same parametry (czstotliwo i napicie) jak sie, z ktRys. 4.4. Schemat ukad pracy systemu autonomicznego z prdnic prdu staego i obwodem odbiorczym prdu staego [Nalepa 2007]

58



59

Rys. 4.5. Schemat ukad pracy systemu autonomicznego z prdnic prdu staego i obwodem odbiorczym prdu staego oraz przemiennego [Nalepa 2007]

Rys. 4.7. Koncepcja rozwizania systemowego zamiany energii wiatru w energi ciepln (za porednictwem energii elektrycznej)

Rys. 4.6. Schemat ukadu pracy systemu autonomicznego z prdnic prdu zmiennego.

Generator prdu zmiennego uyty w elektrowni wiatrowej rwnie pozwala na uzyskanie odpowiedniej jakoci energii prdu staego po uprzednim wyprostowaniu i regulacji napicia. Poniewa prdko obrotowa turbin wiatrowych zalena jest od prdkoci wiatru, rwnie warto generowanego napicia i jego czstotliwo jest zmienna. Z tego powodu stosowany jest poredni obwd prdu staego wyposaony w regulator napicia wsppracujcy z przetwornic napicia staego na napicie przemienne (DC/AC) rys. 4.6. W tego typu rozwizaniach energia elektryczna moe zosta zmagazynowana. Magazynami elektrycznej mog by np.: akumulatory elektrochemiczne lub superkondensatory. Koncepcja 2 Zamiana energii wiatru w energi termiczn Naturaln wydaje si by koncepcja zastosowania maych siowni wiatrowych do zamiany energii wiatru na energi termiczn (z wykorzystaniem energii elektrycznej) (rys. 4.7).

Energia wiatru przetwarzana jest w siowni wiatrowej na energi elektryczn, a nastpnie za porednictwem grzaek elektrycznych w energi ciepln. Rozwizania tego typu mog by wykorzystywane do podgrzewania wody pitnej, grzewczej, przemysowej itd. Moliwe jest rwnie zastosowania takiego ukadu do podgrzewania innych czynnikw np. parafiny z wykorzystaniem ciepa przemiany fazowej czynnika roboczego. Zalet tego rozwizania jest moliwo wykorzystania energii o bardzo niskiej jakoci, takiej jak mona pozyska przy duej zmiennoci parametrw wiatru. Dodatkow zalet jest praca siowni wiatrowej z wytwarzaniem energii na potrzeby wydzielonego obwodu energii elektrycznej. W wietle wymaga prawa dotyczcych koncesjonowania dziaalnoci polegajcej na wytwarzaniu energii niezalenie od wielkoci mocy wytwarzanie energii na potrzeby wydzielonego obwodu niepoczonego z sieci energetyczn zwalnia z koniecznoci uzyskania koncesji nie istnieje przedmiot koncesjonowania. Koncepcja 3 Zamiana energii wiatru w energi elektryczn z dodatkowym magazynowaniem nadwyek energii w wodorze Rozwj technologii ogniw paliwowych, pozwala na rozpatrywanie tych rozwiza jako moliwych do zastosowania w systemach magazynowania energii. Pierwszym elementem acucha przetwarzania energii wiatru jest silnik wiatrowy sprzony z generatorem energii elektrycznej. Energia elektryczna moe zosta wykorzystana bezporednio do zasilania odbiornikw lub zmagazynowana poprzez wytworzenie w elektrolizerze wodoru, ktry jest adowany do zbiornikw, z ktrych moe zosta pobrany i przetworzony w ogniwach paliwowych na energi elektryczn lub elektryczn w skojarzeniu z ciepln (rys. 4.8).

60



61

Rys. 4.8. Koncepcja rozwizania systemowego zamiany energii wiatru w energi elektryczn z magazynowaniem jej nadwyek w wodorze Z przyczyn ekonomicznych na razie nie jest uzasadnione magazynowanie energii w postaci wodoru w maych siowniach wiatrowych. Rozwizania systemowe z odtwarzaniem energii uytecznej z wodoru poprzez np. zasilanie silnikw spalinowych bd zasilanie ogniw paliwowych wytwarzajcych energi elektryczn oddawan do sieci energetycznej lub napdu pojazdw elektrycznych wydaj si by rozwizaniami moliwymi do zrealizowania w niedalekiej przyszoci.

Rys. 4.9. Koncepcja rozwizania systemowego zamiany energii wiatru w energi elektryczn z magazynowaniem jej nadwyek w spronym powietrzu.

Koncepcja 5 i 6 Zamiana energii wiatru w energi mechaniczn

Koncepcja 4 Zamiana energii wiatru w energi elektryczn z dodatkowym magazynowaniem nadwyek energii w spronym powietrzu Koncepcja przedstawiona na rys. 4.9 zakada magazynowanie nadwyek energii w postaci spronego powietrza. Koncepcja ta daje moliwo wykorzystania energii wiatru, ktra nie jest wykorzystywana przy przetwarzaniu na energi elektryczn. Prezentowane tu rozwizanie jest przedmiotem bada w ramach odrbnego projektu badawczego, wic nie bdzie tu szerzej omawiane.

Rys. 4.10. Koncepcja rozwizania systemowego zamiany energii wiatru w energi mechaniczn nawadnianie upraw, przepompowywanie wody itp. Koncepcje przetwarzania energii wiatru w energi mechaniczn pynu zakadaj wykorzystanie energii wiatru do napdu pomp (sprarek) umoliwiajcych przepompowanie pynu.

62



63

5. Mae elektrownie wiatrowe w aspekcie aktw prawnych dotyczcych budownictwa (stan na 30.03.2011 r.).Mae elektrownie wiatrowe najczciej buduje si: l jako oddzielne budowle, wyposaone w fundamenty, l jako maszty z linami odcigajcymi, pozbawione fundamentw, l jako elementy montowane na istniejcych obiektach budowlanych. W zalenoci od przypadku, formalnoci przed rozpoczciem budowy mog mie inny przebieg. Rys. 4.11. Koncepcja rozwizania systemowego zamiany energii wiatru w energi mechaniczn napowietrzanie jezior.

5.1. Elektrownia wiatrowa jako oddzielna budowla wyposaona w fundamentyW takim przypadku naley przeprowadzi ca procedur dotyczc procesu inwestycyjnego, polegajcego na uzyskaniu pozwolenia na budow. Roboty budowlane mona rozpocz jedynie na podstawie ostatecznej decyzji o pozwoleniu na budow, z wyczeniem budw, do ktrych rozpoczcia wystarczy zgoszenie. Stronami w postpowaniu w sprawie pozwolenia na budow s: inwestor oraz waciciele, uytkownicy wieczyci lub zarzdcy nieruchomoci znajdujcych si w obszarze oddziaywania obiektu. Kolejne kroki uzyskania pozwolenia na budow: 1. Wykonanie projektu budowlanego przez osob posiadajc usprawnienia do projektowania w odpowiedniej specjalnoci (specjalno konstrukcyjna). Podstaw do opracowania dokumentacji projektowej jest operat geologiczny, ktry okrela klas gruntu (jego nono). Na jego podstawie projektant po wykonaniu odpowiednich oblicze wymiaruje fundament, na ktrym zostanie posadowiony maszt. Forma oraz tre projektu musi by zgodna z aktualnie obowizujcym Rozporzdzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 2 wrzenia 2004 r. - w sprawie szczegowego zakresu i formy dokumentacji projektowej, specyfikacji technicznych wykonania i odbioru robt budowlanych oraz programu funkcjonalno-uytkowego (Dz.U. z dnia 16 wrzenia 2004 r. z pn. zmianami). 2. Decyzja o pozwoleniu na budow. Wniosek o wydanie decyzji o pozwoleniu na budow, zgodnie z art. 32 ust 4 ustawy z dnia 7 lipca 1994r Prawo budowlane pozwolenie na budow moe by wydane wycznie temu, kto: l zoy wniosek w tej sprawie w okresie wanoci decyzji o warunkach zabudowy i zagospodarowania terenu, jeeli jest ona wymagana zgodnie z przepisami o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym,

Silnik wiatrowy przetwarza energi wiatru w energi mechaniczn ruchu obrotowego, ktra wykorzystywana jest przez pomp: l do przetaczania cieczy (rys. 4.10) wykorzystywanej np. do podlewania upraw rolniczych odkrytych bd pod osonami, l do przetaczania powietrza (rys. 4.11) np. do napowietrzania staww hodowlanych, jezior w celu rewitalizacji lub napowietrzania procesowego np. w oczyszczalniach ciekw

64



65

l

zoy owiadczenie, pod rygorem odpowiedzialnoci karnej, o posiadanym prawie do dysponowania nieruchomoci na cele budowlane.

Decyzj o pozwoleniu na budow inwestor moe uzyska skadajc w tej sprawie wniosek do waciwego terenowo organu architektoniczno-budowlanego oraz doczajc do niego zgodnie z art. 33 ust. 2 w/w ustawy Prawo budowlane: 1. cztery egzemplarze projektu budowlanego wraz z opiniami, uzgodnieniami, pozwoleniami i innymi dokumentami wymaganymi przepisami szczeglnymi oraz zawiadczeniem, o ktrym mowa w art. 12 ust. 7 ustawy Prawa budowlanego, 2. owiadczenie o posiadanym prawie do dysponowania nieruchomoci na cele budowlane (wedug wzoru), 3. decyzj o warunkach zabudowy i zagospodarowania terenu, jeeli jest ona wymagana zgodnie z przepisami ustawy o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym, 4. specjalistyczn opini, o ktrej mowa w art. 33 ust. 3 ustawy Prawo budowlane (dotyczy to obiektw ktre mog by niebezpieczne i stanowi powane zagroenie dla rodowiska, oraz takich, w ktrych zastosowano po raz pierwszy na terytorium RP rozwizania konstrukcyjne, dotd niespotykane), 5. postanowienie o uzgodnieniu, z waciwym organem administracji architektoniczno budowlanej, projektowanych rozwiza w zakresie, o ktrym mowa w art. 33 ust. 2 pkt 4 ustawy Prawo budowlane (szkody grnicze oraz ich wpyw na planowan lokalizacj inwestycji), 6. upowanienie udzielone osobie penomocnika dziaajcego imieniu inwestora (jeeli penomocnik bdzie reprezentowa inwestora). Okres oczekiwania na wydanie decyzji o pozwoleniu na budow - jeeli inwestor speni okrelone wymagania, organ administracji architektoniczno - budowlanej wydaje decyzj o pozwoleniu na budow nie pniej ni w cigu miesica, a w przypadku sprawy szczeglnie skomplikowanej - nie pniej ni w cigu dwch miesicy od dnia zoenia wniosku (art. 35 3 ustawy z dnia 14 czerwca 1960 r. Kodeks postpowania administracyjnego Dz. U. z 2000 r. Nr 98, poz. 1071 z pn. zm.). W przypadku, gdy waciwy organ nie wyda decyzji w sprawie pozwolenia na budow w terminie 65 dni od dnia zoenia wniosku o wydanie takiej decyzji, organ wyszego stopnia wymierza temu organowi, w drodze postanowienia, na ktre przysuguje zaalenie, kar w wysokoci 500 z za kady dzie zwoki (art. 35 ust. 6 ustawy - Prawo budowlane). Nie dotyczy to pozwolenia na budow wydawanego dla przedsiwzicia podlegajcego ocenie oddziaywania przedsiwzicia na rodowisko albo ocenie oddziaywania przedsiwzicia na obszar Natura 2000 (art. 35 ust. 6a ustawy - Prawo budowlane). Decyzja o pozwoleniu na budow wana jest 3 lata - wygasa, jeeli budowa nie zostaa rozpoczta przed upywem 3 lat od dnia, w ktrym decyzja ta staa si ostateczna lub budowa zostaa przerwana na czas duszy ni 3 lata (art. 37 ust. 1 ustawy - Prawo budowlane). W przypadku upynicia terminu 3 lat od daty wydania decyzji o pozwoleniu na budow,

inwestor chccy wznowi prace budowlane powinien wystpi o wydanie decyzji o wznowieniu prac budowlanych. Decyzja o pozwoleniu na budow moe zosta przeniesiona na inn osob (inwestora) pod warunkiem, e: dotychczasowy waciciel zgadza si na przeniesienie takowej i zoy odpowiednie owiadczenie oraz nowy waciciel (osoba, na ktr nastpuje przeniesienie pozwolenia) zgadza si ze wszystkimi jej postanowieniami. Roboty budowlane mona rozpocz na podstawie ostatecznej decyzji o pozwoleniu na budow (z zastrzeeniem robt wykonywanych na podstawie zgoszenia lub nie wymagajcych ani pozwolenia na budow ani zgoszenia). Decyzja staje si ostateczna po upywie 14 dni od dnia dorczenia jej stronom postpowania, o ile strony nie wnios w tym terminie odwoania od decyzji. Jeeli elektrownia bdzie przyczona do krajowej sieci energetycznej w takim przypadku gdy budowane przez inwestora przycze energetyczne bdzie przebiegao pod drog publiczn wymagana jest rwnie Decyzja Powiatowego Zarzdu Drg, co wie si rwnie z corocznymi opatami za przebieganie linii pod drog. W sytuacji, gdzie prowadzone pod ziemi przycze energetyczne bdzie przebiegao przez ziemi osb trzecich, rwnie wymagana jest pisemna zgoda wacicieli tych ziem. 3. Roboty budowlane. Inwestor ma obowizek zawiadomi waciwy organ (powiatowego inspektora nadzoru budowlanego lub wojewdzkiego inspektora nadzoru budowlanego) oraz projektanta sprawujcego nadzr nad zgodnoci realizacji budowy z projektem o zamierzonym terminie rozpoczcia robt, na ktre jest wymagane pozwolenie na budow, co najmniej na 7 dni przed ich rozpoczciem (art. 41 ust. 4 ustawy - Prawo budowlane). Do zawiadomienia docza take: owiadczenie kierownika budowy (robt), stwierdzajce sporzdzenie planu bezpieczestwa i ochrony zdrowia (jeeli jest wymagane) oraz przyjcie obowizku kierowania budow (robotami budowlanymi), a take zawiadczenie o wpisie na list czonkw waciwej izby samorzdu zawodowego, stanowicego podstaw do wykonywania samodzielnych funkcji technicznych w budownictwie, w przypadku ustanowienia nadzoru inwestorskiego - owiadczenie inspektora nadzoru inwestorskiego, stwierdzajce przyjcie obowizku penienia nadzoru inwestorskiego nad danymi robotami budowlanymi, a take zawiadczenie o wpisie na list czonkw waciwej izby samorzdu zawodowego, stanowicego podstaw do wykonywania samodzielnych funkcji technicznych w budownictwie, informacj zawierajc dane dotyczce bezpieczestwa pracy i ochrony zdrowia zamieszczone w ogoszeniu, ktre kierownik budowy ma obowizek umieci na budowie. Naley pamita, e dla robt budowlanych prowadzonych w oparciu o pozwolenie na budow prowadzony jest Dziennik budowy, ktry jest ostemplowany i opisany przez organ administracji architektoniczno-budowlanej.

66



67

Jeeli w trakcie pracy inwestor (za zgod projektanta) wprowadzi do dokumentacji jakiekolwiek zmiany i bd to zmiany istotne, naley uzyska decyzj o zmianie decyzji na pozwolenie na budow. Kiedy wiadomo, e zmiana w zatwierdzonej dokumentacji projektowej jest istotna czy nie jest istotna (wymaga zmiany pozwolenia na budow czy te nie)? Niestety prawo tego nie precyzuje, a interpretacj przepisw pozostawia organom architektoniczno budowlanym. 4. Zakoczenie robt budowlanych i dokonanie zgoszenia. Przed przystpieniem do uytkowania obiektu budowlanego, na ktrego wzniesienie wymagane byo pozwolenie na budow, naley zoy do waciwego organu (powiatowego inspektora nadzoru budowlanego lub wojewdzkiego inspektora nadzoru budowlanego) zawiadomienie o zakoczeniu budowy, chyba e wymagane jest pozwolenie na uytkowanie (art. 54 ustawy - Prawo budowlane). Do zawiadomienia o zakoczeniu budowy obiektu budowlanego inwestor jest obowizany doczy: orygina dziennika budowy, owiadczenie kierownika budowy: a. o zgodnoci wykonania obiektu budowlanego z projektem budowlanym i warunkami pozwolenia na budow oraz przepisami, b. o doprowadzeniu do naleytego stanu i porzdku terenu budowy, a take - w razie korzystania - drogi, ulicy, ssiedniej nieruchomoci, budynku lub lokalu; c. owiadczenie o waciwym zagospodarowaniu terenw przylegych, jeeli eksploatacja wybudowanego obiektu jest uzaleniona od ich odpowiedniego zagospodarowania; d. protokoy bada i sprawdze; e. inwentaryzacj geodezyjn powykonawcz; f. potwierdzenie, zgodnie z przepisami odrbnymi, odbioru wykonanych przyczy. W przypadku dokonania podczas wykonywania robt zmian nieodstpujcych w sposb istotny od zatwierdzonego projektu lub warunkw pozwolenia na budow, do zawiadomienia naley doczy kopie rysunkw wchodzcych w skad zatwierdzonego projektu budowlanego, z naniesionymi zmianami, a w razie potrzeby take uzupeniajcy opis. Kiedy moemy uytkowa? Do uytkowania mona przystpi, jeli waciwy organ w terminie 21 dni od dnia dorczenia mu zawiadomienia, nie zgosi sprzeciwu w drodze decyzji.

1. Zgoszenie zamiaru wykonania robt budowlanych polegajcych na budowie masztu bez fundamentu, za to z linami odcigajcymi. Zgoszenia naley dokona przed terminem zamierzonego rozpoczcia robt budowlanych. Do wykonywania robt budowlanych mona przystpi, jeeli w terminie 30 dni od dnia dorczenia zgoszenia waciwy organ nie wniesie, w drodze decyzji, sprzeciwu i nie pniej ni po upywie 2 lat od okrelonego w zgoszeniu terminu ich rozpoczcia. Podstawowe dokumenty przy zgoszeniu robt budowlanych objtych zgoszeniem: wniosek, owiadczenie o posiadanym prawie do dysponowania nieruchomoci na cele budowlane wraz ze zgod wspwacicieli nieruchomoci (w przypadku wspwasnoci), odpowiednie szkice lub rysunki, odpowiedni map (do celw opiniodawczych), ewentualne pozwolenia, uzgodnienia i opinie wymagane odrbnymi przepisami, w przypadku przycza: elektroenergetycznego, wodocigowego, kanalizacyjnego, gazowego, cieplnego, telekomunikacyjnego oraz w przypadku instalacji zbiornikowej na gaz pynny z pojedynczym zbiornikiem o pojemnoci do 7m3, przeznaczonej do zasilania instalacji gazowych w budynkach mieszkalnych jednorodzinnych, naley przedstawi projekt zagospodarowania dziaki lub terenu wraz z opisem technicznym instalacji wykonanym przez projektanta posiadajcego wymagane uprawnienia budowlane. Jeli waciwy organ w cigu 30 dni nie wniesie sprzeciwu nawizujc do art. 30 pkt. 6.1. ustawy, to mona rozpocz roboty budowlane. 2. Pozwolenie na budow jeeli w terminie 30 dni od daty zgoszenia zamiaru wykonania robt budowlanych, organ administracji architektoniczno budowlanej wniesie sprzeciw i nakae nam uzyska pozwolenie na budow, naley wszcz ca procedur jak dla masztw wyposaonych w fundamenty. Kiedy moemy zosta obarczeni obowizkiem uzyskania decyzji o pozwoleniu na budow? Przede wszystkim wtedy gdy robota budowlana bdca przedmiotem zgoszenia wymaga wykonania robt budowlanych, objtych obowizkiem uzyskania pozwolenia na budow lub narusza ustalenia obowizujcego miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego albo decyzji o warunkach budowy i zagospodarowania terenu, w przypadku braku obowizujcego miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego. Organ naoy na inwestora obowizek uzyskania decyzji o pozwoleniu na budow, gdy: moe ona spowodowa niedopuszczalne zagroenia bezpieczestwa ludzi lub mienia, pogorszenie stanu rodowiska lub stanu zachowania zabytkw, pogorszenie warunkw zdrowotno-sanitarnych, wprowadzenie, utrwalenie bd zwikszenie ogranicze lub uciliwoci dla terenw ssiednich. Jeeli adna z wyej wymienionych okolicznoci nie zachodzi, organ administracji architektoniczno budowlanej nie wnosi sprzeciwu wobec zoonego przez inwestora zgoszenia zamiaru wykonania robt budowlanych.

5.2. Elektrownia wiatrowa jako maszt z linami odcigajcymi, pozbawiona fundamentwInterpretacja przepisw Prawa budowlanego w tym wypadku ley po stronie organu administracji architektoniczno budowlanej. Moe si zdarzy, i bdzie ona korzystna dla osoby starajcej si zdoby pozwolenie na budow na przykad poprzez zgoszenie do urzdu zamiaru wzniesienia masztu.

68



69

5.3. Elektrownia jako konstrukcja montowana na istniejcym obiekcie budowlanymOd 2010 roku wykonywanie robt budowlanych polegajcych na instalacji urzdzenia na istniejcym budynku nie wymaga pozwolenia na budow. Zgodnie z Prawem budowlanym, jeeli takie urzdzenie ma wicej ni 3m wysokoci, naley dokona zgoszenia zamiaru wykonania prac budowlanych (art. 30 ust.1 pkt.3.b Prawa Budowlanego). Procedura jest identyczna, jak ta opisana powyej (w przypadku dokonania zgoszenia). Podobnie jak powyej, jeeli organ administracji architektoniczno budowlanej wniesie, w drodze decyzji, sprzeciw w stosunku do dokonanego przez inwestora zgoszenia, ten bdzie musia uzyska decyzj o pozwoleniu na budow. Uczestnicy procesu budowlanego. Uczestnikami procesu budowlanego, w rozumieniu ustawy Prawo budowlane, s: 1) inwestor; 2) inspektor nadzoru inwestorskiego; 3) projektant; 4) kierownik budowy lub kierownik robt. Inwestor 1. Do obowizkw inwestora naley zorganizowanie procesu budowy, z uwzgldnieniem zawartych w przepisach zasad bezpieczestwa i ochrony zdrowia, a w szczeglnoci zapewnienie: 1) opracowania projektu budowlanego i, stosownie do potrzeb, innych projektw, 2) objcia kiero

poradnik małej energetyki wiatrowej

Documents