Czy przydomowe turbiny wiatrowe zastąpią fotowoltaikę?

Wielkie turbiny wiatrowe zdążyły się już na stałe zadomowić w naszym krajobrazie. Ich wyniosłe sylwetki są powszechnym widokiem podczas podróży, zwłaszcza na zachodzie i północy kraju. To, co stanowi ich najbardziej charakterystyczną cechę rozpoznawczą, jest również największym problemem.

Współczesne turbiny wiatrowe to ogromne, skomplikowane instalacje, które działają tym lepiej, im są większe. Nie są też zbyt przyjazne dla swego najbliższego otoczenia. Wirujące łopaty nie dość, że są obwiniane za śmierć tysięcy ptaków, owadów i nietoperzy, generują dodatkowo charakterystyczne niskie dźwięki, które mogą być nieprzyjemne dla okolicznych mieszkańców.

Jakby tego było mało ogromna masa wirujących łopat i połączonego z nimi generatora prądu, na skutek ewentualnych  niedokładności montażu mogą generować niesłyszalne dla ludzkiego ucha infradźwięki roznoszące się na wiele kilometrów. Wszystko to ma negatywny wpływ na komfort mieszkania w pobliżu turbin wiatrowych.

Turbiny wiatrowe, czyli współczesne wiatraki

Turbiny wiatrowe nawet te najbardziej zaawansowane konstrukcyjnie są w prostej linii potomkami wiatraków, które już kilkaset lat temu mieliły zboże, czy później pompowały wodę z holenderskich kanałów. Odziedziczyły ich wszystkie wady i zalety, a wzrost rozmiarów tylko je spotęgował.

To właśnie rozmiar jest jednym z podstawowych hamulców powszechnego wykorzystania turbin wiatrowych. Niestety dopiero duże urządzenia mogą pracować naprawdę wydajnie. Niewielkie przydomowe wiatraki oczywiście mogą wspomóc bilans energetyczny domu, ale jest to tylko rozwiązanie pomocnicze.

Wydajność turbiny wiatrowej uzależniona jest głównie od dwóch czynników, wysokości wieży, na jakiej jest zainstalowana, i pola powierzchni wirnika. W pierwszym przypadku wynika to z zasady, że zwykle im wyżej się wzniesiemy, tym silniejszy będzie wiał wiatr.

Drugi to prosta geometria, skrócenie łopat wirnika o połowę oznacza, że obszar zakreślany przez łopaty turbiny spada do kwadratu, a zatem czterokrotnie. W przypadku dziesięciokrotnego zmniejszenia długości łopat powierzchnia, z której wirnik może zbierać energię wiatru, spada już stukrotnie!

Czym jest ustawa wiatrakowa i jak wpływa na budowę domu?

Efekt skali powstrzymuje rozwój małych turbin wiatrowych

To właśnie problem ze skalowaniem turbin wiatrowych powstrzymuje ich powszechne wykorzystanie przez indywidualnych użytkowników. W przypadku paneli fotowoltaicznych wystarczy zastosować odpowiednią ilość modułów i dobraną odpowiednio do nich instalację. W przypadku turbin niestety nie jest to takie proste. Zmienić to mają nowe typy turbin, umożliwiające wykorzystanie tych urządzeń w mniejszej, przydomowej skali.

Klasyczne wielkie turbiny wiatrowe to tak zwane turbiny wiatrowe z osią horyzontalną. Tymczasem większość małych nowoczesnych rozwiązań, opracowywanych z myślą o użytkowaniu na potrzeby domu jednorodzinnego to turbiny wiatrowe z osią pionową.

Przydomowe turbiny wiatrowe

Możemy wyróżnić trzy powszechnie spotykane typy mniejszych turbin wiatrowych opracowanych z myślą o odbiorcach indywidualnych, lub innych miejscach, gdzie potrzebne jest dodatkowe źródło zasilania, na przykład oddalona stacja meteorologiczna. Wszystkie trzy rozwiązania to turbiny wiatrowe pionowe.

Żródło: Opracowanie własne Extradom

• Turbiny Savoniusa – to jeden z najstarszych typów turbin, wyposażony zwykle w dwa lub trzy skrzydła w kształcie półokręgu, czasem są wręcz zrobione z przeciętej na pół beczki pozbawionej dna. Charakteryzuje się bardzo wysoką niezawodnością, ale niską mocą. Turbina tego typu rusza zwykle sama już przy bardzo niewielkim wietrze.
• Turbiny Darrieusa – z racji swego kształtu przypominającego dwuramienną, owalną końcówkę miksera i nazywane są często ubijaczką do jajek. Charakteryzują się dużą wydajnością, ale również dużą amplitudą obciążeń masztu, na którym są zainstalowane. Często potrzebują również małego silnika do rozruchu.   
• Turbiny Giromill – to udoskonalona wersja turbiny Darrieusa wyposażony w kilka pionowych, czasem nastawnych łopatek. Charakteryzuje się również dużą wydajnością, ale dzięki regulowanemu ustawieniu łopatek może dużo lepiej wykorzystywać siłę wiatru, jednocześnie mniej obciążając maszt, na którym jest zamocowana. Nastawne łopatki pozwalają także na start turbiny już przy umiarkowanym wietrze, bez zewnętrznego wspomagania.

To właśnie ta ostatnia turbina, ze względu na swoje zalety, pojawia się najczęściej jako przydomowa alternatywa dla instalacji fotowoltaicznych. Wiele wskazuje na to, że wskutek zmian w przepisach dotyczących fotowoltaiki w Polsce, małe turbiny wiatrowe dla domu będą coraz powszechniejsze w naszym kraju.

Wielkie wieże i łopaty turbin odejdą do lamusa?

W marcu 2018 roku w trakcie prezentacji w Pacific Institute for Climate Solutions przedstawiono interesującą analizę kosztów budowy turbiny wiatrowej. Wynika z niej, że 1/3 kosztów to finansowanie, logistyka i planowanie budowy turbiny. Samo urządzenie to 2/3 pozostałych kosztów, w tym niemal połowa przypada na koszt wieży i łopat wirnika.

Właśnie tak wysokie koszty budowy i wytworzenia turbiny w znanej nam dzisiaj formie zachęciły grupy projektantów do poszukiwania innych rozwiązań.

Przydomowa elektrownia wiatrowa - jak działa i ile kosztuje?

Latawce przyszłością energetyki wiatrowej?

Wybór konstruktorów padł na wynalazek równie stary jak wiatraki, znane wszystkim latawce. O tym, jakie są możliwości odpowiedniej konstrukcji i wielkości latawca na wietrze, przekonał się każdy, kto choć raz podziwiał ewolucje płynącego właśnie za latawcem kitesurfera.

Testowane przez kilka różnych firm systemy opierające się na wykorzystaniu latawców polegają na wykorzystaniu w jego roli odpowiednio ukształtowanego spadochronu. Jest on połączony długą liną z kontenerem, w którym znajduje się bęben, na którego osi umieszczono generator prądu. Pod spadochronem w miejscu, które zwykle zajmuje skoczek, tym razem znajduje się moduł sterujący spadochronu, pełniący w zasadzie funkcje skoczka, czyli sterujący przy pomocy linek lotem.

Cykl pracy takiego zestawu podzielony jest na dwie fazy. W pierwszej fazie wznoszenia, czyli pracy, spadochron ustawiany jest tak, by stawiał jak największy opór wiatrowi dostarczając, za pośrednictwem liny jak najwięcej energii do generatora prądu. Po osiągnięciu maksymalnego pułapu następuje druga faza – powrotu.

Moduł sterujący ustawia linki spadochronu tak, by stawiał on jak najmniejszy opór w powietrzu i w tej pozycji jest on ściągany z powrotem na dół. Zmiana siły oporu aerodynamicznego latawca powoduje, że zużywa on tylko niewielką część energii, którą wcześniej wygenerował w fazie wznoszenia, a nadwyżka energii trafia do sieci.

Podstawową zaletą takiego rozwiązania jest brak wielkiej betonowej konstrukcji wieży, na której montowane są współczesne turbiny wiatrowe. Oraz łatwość transportu całego zestawu, który docelowo ma się mieścić w standardowym kontenerze. Umożliwia to lepsze wykorzystanie takich mobilnych elektrowni wiatrowych, dostosowane do warunków pogodowych w poszczególnych porach roku.

Wiatr i słońce będą dostarczać nam coraz więcej energii

Niezależnie od tego, czy w przyszłości nad naszymi głowami będą wirowały turbiny lub skrzydła przydomowych wiatraków, czy będą się nad nami unosiły latawce pompujące energię do sieci, prognozy są oczywiste.

Zgodnie z przewidywaniami firmy DNV GL – Maritime dotyczącymi przyszłości transformacji energetycznej w połowie XXI stulecia słońce i wiatr będą nam dostarczać bardzo podobną ilość energii elektrycznej, zaspokajając w sumie 2/3 światowego zapotrzebowania na nią.