Gdyby wykorzystać cały wiatr wiejący u wybrzeży Europy, można byłoby pokryć zapotrzebowanie na energię energetyczną całego kontynentu siedem razy. Jednym z głównych argumentów przemawiających za elektrycznością z wiatru jest to, że turbiny nie emitują dwutlenku węgla. Zwolennicy energii wiatrowej obliczyli, że tylko w 2009 roku dzięki wiatrakom do atmosfery nie dostało się  106 mln ton tego gazu cieplarnianego.

Jak to działa

Choć nowoczesne turbiny to precyzyjne urządzenia, schemat ich działania jest prosty i zawsze taki sam: przetwarzają energię kinetyczną, która powstaje, kiedy wiatr wprawia w ruch łopaty wirnika, w energię elektryczną. Wał śmigła zwykle połączony jest z przekładnią, która zwielokrotnia ilość obrotów. Za przekładnią mieści się generator, wytwarzający energię elektryczną. 

Im lepszy wiatrak, tym więcej energii kinetycznej potrafi przetworzyć. Jest jednak granica, którą określa tzw. współczynnik  Betza. „Łopata wiatraka powinna być tak skonstruowana, aby hamować dwie trzecie siły wiatru. Jeśli to się udaje – może przetworzyć maksymalnie 59,2 proc. energii. Ta granica możliwości to właśnie współczynnik Betza” – tłumaczy dr Henryk Wojciechowski z Instytutu Elektroenergetyki Politechniki Wrocławskiej i podkreśla, że większość turbin z trudem przekracza próg 50 proc. To, czy wiatrak osiąga maksimum swoich możliwości, zależy nie tylko od jego budowy, ale i od ukształtowania terenu oraz przede wszystkim – od siły wiatru. Bo choć wiatr wieje za darmo – wieje, jak chce, i człowiek nie ma na to wpływu. Żadna turbina nie wytwarza swojej nominalnej mocy przez cały czas. Aby duża, przemysłowa turbina o  mocy 2 MW rzeczywiście produkowała w godzinę tyle energii, prędkość wiatru musiałaby utrzymywać się ciągle na poziomie powyżej 13 m/s. To oczywiście nie jest możliwe – bo w najbardziej wietrznych miejscach zdarzają się też gorsze dni, a nawet wiatrowe cisze. Rok ma 8544 godziny i aby funkcjonowanie lądowej elektrowni wiatrowej było opłacalne, przyjmuje się, że powinna mieć wydajność 2200 godzin (dla elektrowni morskiej powinno to być 3000 godzin). To znaczy, że przez te 2200 godzin pracuje ze swoją maksymalną mocą. 

Wkrótce powstaną generatory wyposażone w elektromagnesy nadprzewodnikowe 

Najsłabszym punktem turbiny wiatrowej jest przekładnia. Zmienia ona powolny (15 do 20 obrotów na minutę) ruch obrotowego śmigła na szybkie wirowanie (2000 obrotów w minutę), które potrzebne jest, by generator efektywnie wytwarzał energię. Przekładnie wymagają konserwacji i ulegają awariom – to wielki kłopot szczególnie w przypadku wiatraków na morzu. Dlatego kilka światowych firm opracowało turbiny z napędem bezpośrednim – bez przekładni. Niestety, aby takowe działały, potrzebny jest znacznie większy, cięższy i droższy generator.

Być może jednak ten problem zostanie rozwiązany: wkrótce mają powstać generatory wyposażone w potężne elektromagnesy nadprzewodnikowe. Aby takie elektromagnesy działały, trzeba je mocno schłodzić (do  –250oC), może się to jednak opłacić przy turbinach o bardzo dużej mocy. Standardowy generator, który produkowałby 8 MW mocy, w wiatraku o napędzie bezpośrednim ważyłby około 200 ton. Przy użyciu nadprzewodników jego ciężar spadnie czterokrotnie. Nad takim wiatrakiem pracuje General Electric. Jeszcze ambitniejsze plany ma amerykańska firma Advanced Magnet Lab, która chce produkować turbiny wiatrowe o mocy dziesięciu megawatów – również z użyciem nadprzewodników i napędu bezpośredniego. Te prace badawcze są dofinansowywane przez rząd USA. Pozbawione przekładni turbiny o wielkiej mocy miałyby stanąć głównie na morzu, gdzie wieją najsilniejsze wiatry.

Polska w ogonie

Z badań, na które powołują się organizatorzy kampanii „Uratuj wiatraki!”, wynika, że 70 proc. Europejczyków popiera budowę elektrowni wiatrowych. Wciąż jednak każda informacja o nowych inwestycjach rodzi żywe protesty tych, którzy mieliby mieszkać w pobliżu wiatraków. „Nie jesteśmy przeciwnikami energii odnawialnej czy wprost energetyki wiatrowej” – tłumaczy Jacek Malak z  stopwiatrakom.eu. „Ale zbyt bliskiej lokalizacji wiatraków od domów”.

Dr Wojciechowski zwraca uwagę, że siłownie wiatrowe emitują hałas i infradźwięki. „Hałas wytwarzany przez kilka lub kilkadziesiąt turbin można porównać z dudnieniem pędzącego pociągu. Poza tym nawet najnowocześniejsze wiatraki zawsze będą emitowały infradźwięki, czyli fale akustyczne o bardzo niskiej częstotliwości – dlatego ludzie mieszkający zbyt blisko farm wiatrowych narzekają na niepokój, stres, bezsenność” – wylicza. Wojciechowski podkreśla, że nie jest przeciwnikiem wiatrowej energii pod warunkiem, że farmy będą stały w miejscach bezpiecznych dla ludzi. „I oczywiście ich stawianie musi się opłacać, a więc powinny stać na najbardziej wietrznych terenach. W Polsce takimi miejscami są Pomorze i oczywiście Bałtyk” – mówi.

Zwolennicy energii wiatrowej robią wszystko, żeby przekonać do swojej idei. Powołują się na inne europejskie kraje. „Nasze elektrownie wiatrowe mają moc 1600 MW. A Niemców – aż 29 tys. MW. Jesteśmy w ogonie Europy pod tym względem, a szkoda, bo jedna farma wiatrowa koło Wolina może zasilić w energię elektryczną gospodarstwa domowe w mieście wielkości Gorzowa Wielkopolskiego” – zapewnia Janusz Gajowiecki z Polskiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej.  

Na energii z wiatru zarabiać może każdy

SPECJALNIE DLA „FOCUSA” GRZEGORZ GODZISZ, GMD ZIELONA ENERGIA