Zauważyłem, że wokół OZE krąży mnóstwo mitów. Z obu stron, jedni je przeceniają inni lekceważą. Albo gorzej, wręcz szkalują - niedawno usłyszałem o "złodziejach wiatru" co rzekomo ma doprowadzić do katastrofy ekologicznej 
Chciałbym rozpocząć dyskusję o prawdziwym potencjale OZE, o tym co jeszcze można z tej technologii wydusić i co trzeba zrobić aby jak najlepiej nam służyły. Na jak najbardziej profesjonalnym poziomie, a nie tekstach ze stopwiatrakom.eu itp oszołomów. Jak gdzieś nie potrafią podać konkretnych liczb to proszę darować sobie przytaczanie jako argumentu. Nieważne za czy przeciw. Bo "tylko prawda jest ciekawa" i tu chciałbym się do niej zbliżyć tak mocno jak to tylko możliwe.
Na początek wiatr wokół którego krąży najwięcej mitów. Nic dziwnego gdyż jest to najmniej intuicyjny rodzaj OZE więc "humaniści" mają problem ze zrozumieniem zależności między mocą, energią, siłą wiatru czy "capacity factor" jak po angielsku nazywa się współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej. Podstawą zrozumienia wszelkich złożoności jest wzór na moc wiatru:
moc = 1/2 * powierzchnia * gęstość powietrza * szybkość wiatru^3
W przypadku wiatraków chodzi o powierzchnię zataczaną przez łopaty. Największy problem ze zrozumieniem w/w zależności jest w sile wiatru do trzeciej potęgi. Oznacza to, że 2x mniejsza szybkość wiatru daje 8x mniejszą moc. Jest to źródło rozczarowania osób które kupiły wiatraki o mocy 4 kW i okazało się, że po zamontowaniu na dachu średnio dają kilkadziesiąt W. Po prostu 4 kW najczęściej dotyczy prędkości wiatru 12 m/s (czasami dla podrasowania wyników producenci podają ją dla np. 16 m/s). Czyli dla 6 m/s będzie to 500W (w podrasowanym tyle dla 8 m/s), a dla typowej dla terenu zabudowanego 3 m/s "oszołamiajace" 60W (podrasowany tyle osiągnie przy 4 m/s). Tabele z prędkością wiatru w różnych jednostkach, gęstością powietrza w różnych temperaturach oraz mocą obliczoną dla 15 stopni w poniższym linku:
http://www.uwm.edu.pl/kolektory/silownie/wiatr.html
Dodano po 20 [minuty]:
O ile w/w nieliniowa zależność mocy od prądkości wiatru dla wielu nie sprawia problemu to gorzej jest z "capacity factor". Ta sprawa jest tak nieintuicyjna, że do omówienia posłużę się arkuszem kalkulacyjnym który przy okazji pokaże inne parametry. Na początek rozkład Weibulla pokazujacy jak często można sie spodziewać wiatru o danej prędkości:
https://keisan.casio.com/exec/system/1180573175
Wyżej link do kalkulatora gdzie można obliczyć w/w rozkład dla dowolnej prędkości wiatru. W parametrze "percentile x" podajemy szybkość wiatru dla jakiej obliczamy prawdopodobieństwo. W shape "parameter a" kształt krzywej który dla wiatru zawiera się między 2 i 3, na lądzie najbliżej 3 więc tyle podstawiałem dla swoich obliczeń. W "scale parameter b" podstawiamy średnią prędkość wiatru dla danej lokacji. Gdy użyjemy "scale parameter b" = 3 oraz "scale parameter b" = 7 otrzymamy rozkład jak w poniższej tabeli. Wyniki dla konkretnej prędkości są podawane w "probability density", w "lower cumulative" prawdopodobieństwo dla prędkosci mniejszych od wybranej, a w "upper cumulative" dla wiekszych. W tabeli przyjąłem zakres od 3 m/s bo mniejsze nie są wykorzystywane przez wiatraki do 12 m/s gdyż jak widać w w/w rozkładzie Weibulla szybszy wiatr występuje bardzo rzadko więc nie wpływa w istotny sposób na osiągi. To co wyżej opisałem wystarczy do analizy konkretnych wiatraków, poniżej przykładowy o mocy 2 MW co jest dominującą w Polsce konstrukcją.
https://pl.wind-turbine-models.com/turbines/34-gamesa-g80
Na zielono zaznaczyłem dwa najważniejsze parametry czyli moc zainstalowaną oraz powierzchnię wiatraka. Moc dla poszczególnych prędkości pochodzi z wykresu i jak widać dla tej konstrukcji uzysk energii dla stanowiska o średniej prędkosci wiatru 7 m/s wynosi bez mała 4 GWh rocznie. Współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej tylko 22.4% co często jest podnoszone jako argument przeciwko tej technologii. Otóż "capacity factor" jest jednym z niewielu parametrów wiatraka które można bardzo łatwo modyfikować. Wyobraźmy sobie, że mamy dokładnie taką samą konstrukcję jak w/w Gamesa G80 ale zamiast 2 MW generatora wstawiono tam 1 MW. Po tej modyfikacji parametry pracy w dokładniej tej samej lokacji będą wyglądały tak:
To najmniej intuicyjna zależność z której nawet "umysły ścisłe" często nie potrafią zrozumieć. Ta drobna zmiana sprawia, że współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej rośnie niemal dwukrotnie (z 22.4% do 40.8%) przy niewielkiej (ok. 10%) utracie wyprodukowanej energii. Jak długo za energię z wiatraków płacono stałą cenę i nie było żadnych wyłączeń tak długo producenci szli na jak najmniejszą powierzchnię na kW bo dawało to wyższą produkcję energii. A to oznacza, że na rynku dominowały wiatraki jak w/w które osiągały niskie współczynnik wykorzystania mocy, po prostu to sie najbardziej opłacało. Ale sytuacja się zmienia, w Europie coraz częściej są nadwyżki mocy z wiatru co wymusza ograniczenia produkcji więc obecnie stawia się wiatraki z większą powierzchnią na kW. Co prawda nie tak dużą jak w tym teoretycznym przykładzie (ok. 5 m2/kW) ale 4 m2/kW są coraz powszechniejsze. W ten prosty sposób "wygładza się" moc dostarczaną przez wiatraki - nieintuicyjne ale jak widać skuteczne
Chciałbym rozpocząć dyskusję o prawdziwym potencjale OZE, o tym co jeszcze można z tej technologii wydusić i co trzeba zrobić aby jak najlepiej nam służyły. Na jak najbardziej profesjonalnym poziomie, a nie tekstach ze stopwiatrakom.eu itp oszołomów. Jak gdzieś nie potrafią podać konkretnych liczb to proszę darować sobie przytaczanie jako argumentu. Nieważne za czy przeciw. Bo "tylko prawda jest ciekawa" i tu chciałbym się do niej zbliżyć tak mocno jak to tylko możliwe.
Na początek wiatr wokół którego krąży najwięcej mitów. Nic dziwnego gdyż jest to najmniej intuicyjny rodzaj OZE więc "humaniści" mają problem ze zrozumieniem zależności między mocą, energią, siłą wiatru czy "capacity factor" jak po angielsku nazywa się współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej. Podstawą zrozumienia wszelkich złożoności jest wzór na moc wiatru:
moc = 1/2 * powierzchnia * gęstość powietrza * szybkość wiatru^3
W przypadku wiatraków chodzi o powierzchnię zataczaną przez łopaty. Największy problem ze zrozumieniem w/w zależności jest w sile wiatru do trzeciej potęgi. Oznacza to, że 2x mniejsza szybkość wiatru daje 8x mniejszą moc. Jest to źródło rozczarowania osób które kupiły wiatraki o mocy 4 kW i okazało się, że po zamontowaniu na dachu średnio dają kilkadziesiąt W. Po prostu 4 kW najczęściej dotyczy prędkości wiatru 12 m/s (czasami dla podrasowania wyników producenci podają ją dla np. 16 m/s). Czyli dla 6 m/s będzie to 500W (w podrasowanym tyle dla 8 m/s), a dla typowej dla terenu zabudowanego 3 m/s "oszołamiajace" 60W (podrasowany tyle osiągnie przy 4 m/s). Tabele z prędkością wiatru w różnych jednostkach, gęstością powietrza w różnych temperaturach oraz mocą obliczoną dla 15 stopni w poniższym linku:
http://www.uwm.edu.pl/kolektory/silownie/wiatr.html
Dodano po 20 [minuty]:
O ile w/w nieliniowa zależność mocy od prądkości wiatru dla wielu nie sprawia problemu to gorzej jest z "capacity factor". Ta sprawa jest tak nieintuicyjna, że do omówienia posłużę się arkuszem kalkulacyjnym który przy okazji pokaże inne parametry. Na początek rozkład Weibulla pokazujacy jak często można sie spodziewać wiatru o danej prędkości:
https://keisan.casio.com/exec/system/1180573175
Wyżej link do kalkulatora gdzie można obliczyć w/w rozkład dla dowolnej prędkości wiatru. W parametrze "percentile x" podajemy szybkość wiatru dla jakiej obliczamy prawdopodobieństwo. W shape "parameter a" kształt krzywej który dla wiatru zawiera się między 2 i 3, na lądzie najbliżej 3 więc tyle podstawiałem dla swoich obliczeń. W "scale parameter b" podstawiamy średnią prędkość wiatru dla danej lokacji. Gdy użyjemy "scale parameter b" = 3 oraz "scale parameter b" = 7 otrzymamy rozkład jak w poniższej tabeli. Wyniki dla konkretnej prędkości są podawane w "probability density", w "lower cumulative" prawdopodobieństwo dla prędkosci mniejszych od wybranej, a w "upper cumulative" dla wiekszych. W tabeli przyjąłem zakres od 3 m/s bo mniejsze nie są wykorzystywane przez wiatraki do 12 m/s gdyż jak widać w w/w rozkładzie Weibulla szybszy wiatr występuje bardzo rzadko więc nie wpływa w istotny sposób na osiągi. To co wyżej opisałem wystarczy do analizy konkretnych wiatraków, poniżej przykładowy o mocy 2 MW co jest dominującą w Polsce konstrukcją.
https://pl.wind-turbine-models.com/turbines/34-gamesa-g80
Na zielono zaznaczyłem dwa najważniejsze parametry czyli moc zainstalowaną oraz powierzchnię wiatraka. Moc dla poszczególnych prędkości pochodzi z wykresu i jak widać dla tej konstrukcji uzysk energii dla stanowiska o średniej prędkosci wiatru 7 m/s wynosi bez mała 4 GWh rocznie. Współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej tylko 22.4% co często jest podnoszone jako argument przeciwko tej technologii. Otóż "capacity factor" jest jednym z niewielu parametrów wiatraka które można bardzo łatwo modyfikować. Wyobraźmy sobie, że mamy dokładnie taką samą konstrukcję jak w/w Gamesa G80 ale zamiast 2 MW generatora wstawiono tam 1 MW. Po tej modyfikacji parametry pracy w dokładniej tej samej lokacji będą wyglądały tak:
To najmniej intuicyjna zależność z której nawet "umysły ścisłe" często nie potrafią zrozumieć. Ta drobna zmiana sprawia, że współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej rośnie niemal dwukrotnie (z 22.4% do 40.8%) przy niewielkiej (ok. 10%) utracie wyprodukowanej energii. Jak długo za energię z wiatraków płacono stałą cenę i nie było żadnych wyłączeń tak długo producenci szli na jak najmniejszą powierzchnię na kW bo dawało to wyższą produkcję energii. A to oznacza, że na rynku dominowały wiatraki jak w/w które osiągały niskie współczynnik wykorzystania mocy, po prostu to sie najbardziej opłacało. Ale sytuacja się zmienia, w Europie coraz częściej są nadwyżki mocy z wiatru co wymusza ograniczenia produkcji więc obecnie stawia się wiatraki z większą powierzchnią na kW. Co prawda nie tak dużą jak w tym teoretycznym przykładzie (ok. 5 m2/kW) ale 4 m2/kW są coraz powszechniejsze. W ten prosty sposób "wygładza się" moc dostarczaną przez wiatraki - nieintuicyjne ale jak widać skuteczne
