Wiatr w żagle OZE – energia wiatrowa w praktyce

Artykuły o OZE / Energia wiatrowa / Wiatr w żagle OZE – energia wiatrowa w praktyce

Wiatr to najpopularniejsze źródło czystej energii. Obecnie 53 kraje na świecie rozwijają energetykę wiatrową, z czego 27 znajduje się w Europie. Liderem w tej dziedzinie jest Dania, która generuje prawie 50% swojej energii elektrycznej właśnie z farm wiatrowych.^[1]

W Polsce jest to ponad 16% produkcji całej energii.^[2] Globalnie, pięć największych rynków energetyki wiatrowej to Chiny, USA, Brazylia, Niemcy i Indie. W 2023 roku te kraje odpowiadały za 82% nowych mocy zainstalowanych w energetyce wiatrowej.^[3]

Historia wykorzystania siły wiatru sięga tysięcy lat. Najstarsze dowody na użycie żagli można znaleźć na ceramice sprzed około sześciu tysięcy lat. Pierwsze wiatraki powstały w starożytnej Grecji, a od tego czasu urządzenia te służyły nie tylko do pompowania wody i mielenia zboża, ale także napędzały wielkie organy, które dzięki sile wiatru wytwarzały muzykę.

Sama turbina wiatrowa też powstała dość dawno temu. Pierwszą turbinę wiatrową zbudował pod koniec XIX wieku Szkot James Blyth. Była to 10-metrowa konstrukcja służąca do zasilania domku letniskowego Blytha, który w ten sposób stał się pierwszym domem na świecie oświetlonym energią z wiatru.

Jak powstaje wiatr?

A jak powstaje energia elektryczna z wiatru? Zacznijmy od wyjaśnienia, skąd się bierze wiatr.

Ponieważ słońce ogrzewa kulę ziemską nierównomiernie, w niektórych miejscach powietrze staje się cieplejsze, a przez to lżejsze i unosi się do góry, a w jego miejsce napływa chłodniejsze powietrze, które jest cięższe. Powoduje to ruch powietrza, który odczuwamy jako wiatr. Dodatkowo, obroty Ziemi sprawiają, że wiatr nie wieje prosto, ale jest zakrzywiony. To zjawisko wykorzystywane jest przez turbiny wiatrowe, które przekształcają ten ruch powietrza w energię elektryczną.

Jak jest zbudowana turbina wiatrowa?

Sama turbina wiatrowa składa się z kilku głównych elementów. Ten najbardziej wyeksponowany to wirnik, który najczęściej składa się z trzech łopat obracających się pod wpływem siły wiatru. Liczba łopat nie jest przypadkowa – jest optymalna dla tej konstrukcji, zapewnia stabilne i efektywne obroty, minimalizując drgania i hałas.

Cały wirnik jest połączony z przekładnią, która działa jak „przełożenie” w rowerze – pozwala na zwiększenie prędkości obrotu, aby wygenerować większą moc. Następnie ruch ten trafia do generatora, czyli maszyny, która zamienia energię mechaniczną w elektryczną. Te elementy są usytuowane na wieży, która unosi łopaty na dużą wysokość (nawet do 100 metrów lub więcej), co zwiększa wydajność turbiny, ponieważ wyższe położenie oznacza dostęp do silniejszych i bardziej stabilnych wiatrów.

Wieża jest zwykle wykonana ze stali lub betonu, ma kształt cylindryczny, a jej konstrukcja zapewnia stabilność całej turbinie. To także przez nią przechodzi większość kabli przesyłających wygenerowaną energię do systemów zasilających. Minimalna wysokość wieży wynosi 20 metrów, co odpowiada wysokości około 8-piętrowego budynku, podczas gdy najwyższe turbiny mają wieże przekraczające 200 metrów, co jest równoważne z wysokością Pałacu Kultury i Nauki w Warszawie.

Na lądzie i na wodzie

Wyobraź sobie dwa rodzaje farm wiatrowych: jedne stoją na zielonych wzgórzach, a drugie – niczym gigantyczne wiatraki z baśni – górują nad spokojnym, niebieskim horyzontem na środku morza. Turbiny na lądzie, zwane onshore, są łatwiejsze do zainstalowania. Ich budowa nie wymaga skomplikowanych operacji – wystarczy odpowiednia działka i dobre drogi dojazdowe.

To jak zbudowanie domu – wyzwanie, ale możliwe do wykonania. Z kolei turbiny morskie, czyli offshore, są bardziej jak projekt budowy wieżowca na środku oceanu. Kosztują więcej, wymagają specjalistycznych statków i zaawansowanych technologii, by oprzeć się silnym falom i wiatrom.

Ale dlaczego w ogóle budujemy farmy na morzu, skoro to takie trudne? Klucz tkwi w wietrze – nad wodą jest silniejszy i bardziej stabilny. Można to porównać do różnicy między wiatrem w parku a silnym podmuchem na otwartym wybrzeżu – nad morzem wiatr wieje regularniej i z większą siłą, co pozwala turbinom produkować więcej energii przez cały rok.

Obecnie farmy onshore stanowią około 70–80% globalnej mocy zainstalowanej w energetyce wiatrowej, podczas gdy farmy offshore odpowiadają za około 20–30%.

Choć offshore to wciąż mniejszość, jego udział dynamicznie rośnie, zwłaszcza w krajach inwestujących w rozwój technologii morskiej energetyki wiatrowej. Przykładowo, liderem w rozwoju offshore jest Wielka Brytania, która posiada największą moc zainstalowaną na morzu na świecie – to około 14 GW na koniec 2024 roku. Kolejnymi liderami są Niemcy i Chiny.^[4]

W Polsce offshore jest w fazie intensywnego rozwoju. Dzięki planom rządu, w tym projektom na Bałtyku, przewiduje się, że do 2030 roku moc zainstalowana farm wiatrowych na morzu osiągnie około 11 GW. Polski Bałtyk jest jednym z najlepszych regionów w Europie do budowy farm offshore – oferuje stosunkowo płytkie wody i stabilne wiatry, co czyni inwestycje efektywnymi i opłacalnymi. Jeśli udałoby się wykorzystać potencjał Bałtyku, morska energetyka wiatrowa mogłaby zaspokajać nawet 57% całkowitego zapotrzebowania na energię elektryczną w Polsce.^[5]

Dlatego mimo wyższych kosztów i trudności technicznych, inwestowanie w offshore to krok ku czystej, stabilnej i efektywnej energetyce przyszłości.

Zalety energii wiatrowej

Niskie emisje CO₂: ekologiczne korzyści na wyciągnięcie ręki.

Energia wiatrowa jest prawdziwym sprzymierzeńcem środowiska. Dwutlenek węgla zakwasza oceany, niszcząc życie morskie i zagraża zdrowiu ludzi, pogarszając jakość powietrza oraz zwiększając ryzyko chorób układu oddechowego i sercowo-naczyniowego. Tymczasem turbiny wiatrowe, wytwarzając prąd, nie emitują ani grama dwutlenku węgla.

Naukowcy badają wpływ dwutlenku węgla na klimat od 1824 roku, kiedy odkryto efekt cieplarniany, a dziś wiemy, że nadmiar CO₂ w atmosferze prowadzi do ekstremalnych zjawisk pogodowych, takich jak susze czy powodzie.

Dla porównania, tradycyjna elektrownia węglowa produkuje około 7 milionów ton CO₂ rocznie. Aby pochłonąć taką ilość dwutlenku węgla, potrzeba byłoby 320 milionów dorosłych drzew. Każda obracająca się łopata turbiny wiatrowej to krok w stronę czystszej przyszłości – bez hałd węgla, dymiących kominów czy wycieków ropy. To proste, naturalne rozwiązanie, które pomaga chronić planetę dla przyszłych pokoleń.

Możliwość lokalnego zastosowania: energia bliżej ludzi

Farmy wiatrowe mogą działać zarówno na dużą, jak i małą skalę. Wiele społeczności decyduje się na instalacje, które zasilają lokalne domy, szkoły czy zakłady pracy. Dzięki temu regiony stają się mniej zależne od centralnych dostaw energii czy importowanych paliw. To jak posiadanie własnego ogrodu z warzywami – wiesz, skąd pochodzi Twoja energia, masz nad nią większą kontrolę i możesz spać spokojniej, wiedząc, że jest bezpieczna i stabilna. Dzięki temu energia wiatrowa daje ludziom większą niezależność.

Rozwój lokalnej gospodarki: wiatr napędza miejsca pracy

Budowa farm wiatrowych to także impuls dla lokalnej gospodarki. Proces instalacji i obsługi turbin wymaga zaangażowania wielu specjalistów – od inżynierów po techników serwisujących sprzęt. Lokalne firmy korzystają na współpracy, powstają nowe miejsca pracy, a młodzi ludzie zyskują szansę na rozwój w branżach takich jak energetyka odnawialna, inżynieria i technologie środowiskowe.

[1] https://energetyka24.com/elektroenergetyka/analizy-i-komentarze/jak-robia-to-dunczycy-polityka-energetyczna-w-danii
[2] dane z listopada 2024 https://www.rynekelektryczny.pl/produkcja-energii-elektrycznej-w-polsce/
[3] https://isbiznes.pl/2024/05/09/to-byl-rekordowy-rok-dla-energetyki-wiatrowej-na-swiecie-ale-nie-w-polsce-i-europie/
[4] https://gwec.net/global-offshore-wind-report-2024/
[5] https://www.psew.pl/nowy-potencjal-baltyku-33-gw-mocy-i-20-nowych-obszarow-pod-mfw-raport/