Małe elektrownie wiatrowe (MEW)

Małe elektrownie wiatrowe (MEW)


     W Polsce coraz popularniejsze i coraz tańsze stają się małe elektrownie wiatrowe z pionową osią obrotu. Są to jednostki o mocach poniżej 20 kW. Cechuje je stosunkowo wysoka czułość na małe prędkości wiatru

Do najważniejszych zalet małej turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu można zaliczyć: prostą budowę, brak układów do nastawienia turbiny pod wiatr, lepsze wykorzystanie energii wiatru w terenie zabudowanym, możliwość montowania ich w terenie otwartym oraz na budynkach.

Charakterystyka MEW z pionową osią obrotu

Turbina o mocy 2,5 kW jest w stanie wytworzyć rocznie ok. 2500 KWh energii elektrycznej (przy średniej prędkości wiatru 4,5 m/s). Turbiny te mogą być stosowane wszędzie tam, gdzie wymagana jest produkcja małej ilości energii elektrycznej. Mikroelektrownia wiatrowa może być przenoszona i instalowana w trudno dostępnym terenie, łatwo też komponuje się z otoczeniem, stając się elementem dekoracyjnym.



Jej pracę cechuje niska emisja hałasu. Tego rodzaju elektrownie nie wymagają wydania pozwolenia na budowę, o ile nie są trwale związane z gruntem. Turbina ta może współpracować z baterią: fotoogniw, akumulatorów i falownikiem napięcia stałego na przemienny.

W zależności od mocy elektrowni wymiary elementu wirującego turbiny wynoszą: wysokość 0,8-6 m, średnica 0,5-6,5 m (tab.). Łopaty wirnika mogą być wykonane z blachy stalowej, aluminiowej bądź z materiałów żywicznych na bazie włókien szklanych.

Średni czas pracy małej elektrowni wiatrowej szacuje się na ok. 1800 h/rok. Sprawność układu turbiny wiatrowej i napędzanej przez nią prądnicy w (MEW) wynosi ok. 0,25.
Moc turbiny zależy m.in. od prędkości wiatru w trzeciej potędze, pola powierzchni skrzydeł.

Zalety turbin o pionowej osi obrotu

Dużą zaletą takiej turbiny jest stała praca niezależna od kierunku wiatru i nie wymagająca mechanizmu „ustawiania pod wiatr”. Może startować już przy prędkości wiatru wynoszącej ok. 2 m/s. Pionowa oś obrotu i niewielka średnica umożliwiają łatwy montaż. Nie jest konieczne budowanie wysokich masztów w sprzyjających warunkach. Na otwartym terenie wystarczy wysokość ok. 2-4 m nad poziomem gruntu.


Turbina może być montowana na gruncie, dachach budynków, słupach, istniejących konstrukcjach masztów itp. Charakteryzuje się cichą i stabilną pracą nawet przy maksymalnej prędkości obrotowej i odpornością na bardzo silne podmuchy wiatru (nie wymaga zatrzymania nawet przy wietrze o prędkości 40 m/s bowiem kształt wirnika zapewnia aerodynamiczne ograniczenie obrotów).

Może być zainstalowana nawet w strefach zurbanizowanych. Jest odporna na pokrycie szronem czy lepkim śniegiem. Znacznie uproszczona konstrukcja przenośna gwarantuje długą żywotność urządzenia i nie wymaga dużych połaci terenu, aby uzyskać optymalne parametry pracy.

Ponadto mała prędkość obwodowa wirnika i jego kształt zapewniają bezpieczeństwo zwierząt i ptaków.

Koszt elektrowni o mocy 2-3 kW wynosi ok. 9,5 tys. zł.

Dane techniczne turbin wiatrowych z pionową osią obrotu firmy RMS

Model	SMV-200	SWV-300	SWV-500	SWV-1000	SWV-3000	SWV-K10
Moc znamionowa	200 W	300 W	500 W	1 kW	3kW	10 kW
Napięcie znamionowe [DC]	12	24	24	24	48	110
Start przy prędkości wiatru [m/s]	2	2	2	2	2	2
Moc znamionowa przy prędkości wiatru [m/s]	10	10	10	12	12	12
Zakres pracy [m/s]	4-25	4-25	4-25	4-25	4-25	4-25
Granica bezpieczeństwa [m/s]	40	40	40	50	50	50
Szerokość turbiny [cm]	138	138	138	180	300	600
Wysokość turbiny [cm]	90	130	220	250	360	620
Zalecana wysokość masztu [m]	5,5	5,5	5,5	5,5	5,5	11
Waga (bez masztu) [kg]	70	90	130	180	500	1700

Źródło: www.rms.com.pl


Podstawowym problemem, który hamuje dynamiczny rozwój elektrowni wiatrowych o pionowej osi obrotu jest fakt, że aby mogła być ona wykorzystana do zasilania w energię elektryczną odbiorców, musi współpracować z baterią akumulatorów, panelem fotowoltaicznym, falownikiem oraz układami sterowania, co zwiększa koszt inwestycji.

Energia z wiatru w systemie grzewczym

Systemem hybrydowym można nazwać również współpracę małej elektrowni wiatrowej  instalacją centralnego ogrzewania w budynku mieszkalnym. Energia elektryczna wytworzona w elektrowni wiatrowej może zasilić grzałki elektryczne w zasobniku wody, wydatnie przyczyniając się do wspomagania centralnego ogrzewania. Magazynowanie energii cieplnej w zasobniku jest tańszym rozwiązaniem technicznym niż elektrycznej w baterii akumulatorów.



Ten prosty sposób wykorzystania energii elektrycznej z MEW jest najbardziej efektywny i posiada największe szanse rozwoju. MEW niezależnie od prędkości obrotowej zawsze wytwarza energię elektryczną, która w grzałkach zostanie zamieniona w ciepło. Analiza bilansu energetycznego w zakresie dostarczonej do układu energii elektrycznej (moc MEW 3 kW) i odebranej energii cieplnej (dom jednorodzinny, zasobnik 300 l, c.o., c.w.u.) wskazuje na zasadność tego rozwiązania.

Układ elektryczny to połączenie prądnicy z grzałką.

MEW o pionowej osi obrotu jest prostym rozwiązaniem konstrukcyjnym, może być produkowana przez małe firmy na terenie całego kraju i montowana w terenie otwartym, na budynkach mieszkalnych, gospodarczych, przemysłowych itp.

W dużym uproszczeniu konstrukcję można podzielić na trzy podzespoły:

Konstrukcja nośna: maszt stalowy o wysokości ok. 6-10 m przymocowany do fundamentu betonowego, lub konstrukcja stalowa do mocowania na dachu.

Prądnica synchroniczna w obudowie stalowej.

Wirnik silnika wiatrowego karuzelowego lub rotorowego połączony sprzęgłem z prądnicą.

Obudowa prądnicy i wirnika skręcona jest z konstrukcją nośną.

(Prądnice produkowane w Polsce posiadają różne zakresy mocy i są stosunkowo tanie 2,5 kW ok. 3 tys. zł). 

Przyszli producenci MEW z pionową osią obrotu powinni zlecić projekt konstrukcyjny firmie projektowej, dokonać badania efektywności pracy tego urządzenia w tunelu aerodynamicznym, np. na Politechnice Krakowskiej, oraz w warunkach rzeczywistych zapewnić montaż, serwis gwarancyjny i pogwarancyjny. Koszt takiej elektrowni to kilka tys. zł za urządzenie o mocy ok. 3 kW. Czas eksploatacji wynosi kilkanaście lat.

W celu obniżenia kosztów, a tym samym zachęcenia przyszłych odbiorców urządzeń do ich montażu, poleca się wykorzystanie energii elektrycznej do ogrzewania c.w.u. i wspomagania c.o. w budynkach mieszkalnych. Propozycja ta jest sensowna i należy żywić nadzieję, że znajdą się producenci tych urządzeń oraz ich odbiorcy. Trzeba zdawać sobie sprawę z tego, iż jest to skala mikro, jednak potrzebna, gdyż stworzy nowe miejsca pracy w Polsce oraz zmniejszy koszty ogrzewania naszych domów.

Małe elektrownie wiatrowe mają szansę znaleźć swoje miejsce na rozwijającym się rynku alternatywnej energii. Dzięki prostej budowie, łatwemu montażowi i niewielkim kosztom, istnieje szansa, że w przyszłości będą eksploatowane na dużą skalę przez indywidualnych odbiorców.

dalej .... Małe elektrownie wiatrowe (MEW) cz 2