Wykorzystanie energii wiatru Wiatraki Farmy wiatrowe + e-book wyciąg z ustawy OZE

Wykorzystanie energii wiatru + Wyciąg ustawy OZE ebook PDF
Stan prawny 15 marca 2023 r.

rok wydania: 2023
ilość stron: 192, 129 kolorowych rysunków i 24 tabele
ISBN: 978-83-64795-76-3
format: B5
oprawa: miękka

Opis

Książka, będąca kontynuacją cyklu o odnawialnych źródłach energii (poprzednia pozycja to „Wykorzystanie energii słonecznej”) jest adresowana do projektantów i przyszłych użytkowników elektrowni wiatrowych.

Książka składa się z sześciu rozdziałów poświęconych osobnym zagadnieniom.

Jej specyfika polega na skupieniu się na niewielkich obiektach, wykorzystujących energię wiatru do zasilania własnych instalacji energetycznych. Zagadnienia budowy dużych obiektów energetyki wiatrowej są domeną energetyki zawodowej i zasługują na odrębne potraktowanie.

Rozdział I pozwala poznać naturę wiatru, jego charakterystykę i pomiar najważniejszych parametrów: prędkości i kierunku.

Rozdział II jest rysem historycznym rozwoju energetyki wiatrowej na przestrzeni wieków na świecie i w Polsce.

Rozdział III opisuje podstawy fizyczne energii wiatru. Są w nim zawarte wzory fizyczne określające zasoby energetyczne wiatru, ale także wzory i procedury pozwalające na dobór parametrów eksploatacyjnych elektrowni wiatrowej. Zdefiniowano efektywność obiektów energetyki wiatrowej i pokrótce opisano zasadę ich działania: konwersji energii wiatru na inne formy energii.

Rozdział IV omawia klasyfikację i konstrukcję „wiatraków” czyli silników wiatrowych.

Rozdział V najbardziej obszerny rozdział, omawia elektrownie wiatrowe w różnych kryteriach klasyfikacji: ze względu na lokalizację, moc, rodzaj turbiny, rodzaj generatora, itd. Są w nim także podane zasady doboru parametrów eksploatacyjnych elektrowni wiatrowej, a także wytyczne konserwacji, remontów i ochrony elektrowni przed wyładowaniami atmosferycznymi.

Rozdział VI omawia rachunek ekonomiczny opłacalności budowy elektrowni wiatrowej. Zaprezentowano w nim metodykę oceny opłacalności inwestycji UNIDO, a także metodę kosztów w cyklu życia inwestycji.

Książka zawiera 129 kolorowych rysunków i 24 tabele, które ułatwiają jej zrozumienie.

Uzupełnienie treści merytorycznych stanowi spis literatury, który może być przydatny dla Czytelników pragnących pogłębić wiedzę w tym zakresie.

W publikacji wykorzystano dostępne materiały źródłowe stanowiące opracowania poświęcone tematyce odnawialnych źródeł energii oraz informacje publikowane w źródłach internetowych.

Książka jest skierowana przede wszystkim do studentów szkół wyższych o kierunku energetycznym, uczestników studiów podyplomowych o specjalności energetyka – odnawialne źródła energii, do uczniów techników energetycznych, osób przygotowujących się do zainstalowania systemów wykorzystujących energię z odnawialnych źródeł w budynkach, do osób zajmujących się na co dzień tematyką odnawialnych źródeł energii oraz wszystkich Czytelników, którzy chcieliby zgłębić wiedzę w zakresie metod oraz technologii produkcji energii elektrycznej i cieplnej na podstawie odnawialnych źródeł energii, jakim jest wiatr. Polecamy ją również tym, którym zależy na ochronie środowiska naturalnego.

Spis treści

Przedmowa redakcyjna / 9
Od Autora / 11

1. Wiatr jako zjawisko meteorologiczne / 13
1.1. Przyczyny powstawania wiatru / 3
1.2. Strefy wiatrów na kuli ziemskiej / 15
1.3. Parametry wiatru i ich pomiar / 18
1.3.1. Wiatrowskazy / 24
1.3.2. Wiatromierze / 26
1.4. Pomiar parametrów wiatru w stacjach meteorologicznych / 33

2. Rys historyczny wykorzystania energii wiatru / 37
2.1. Wykorzystanie energii wiatru na świecie na przestrzeni wieków / 37
2.2. Wykorzystanie energii wiatru w Polsce na przestrzeni wieków / 50

3. Podstawy fizyczne wykorzystania energii wiatru / 59
3.1. Moc i energia wiatru / 59
3.2. „Zasoby" energetyczne wiatru / 66
3.3. Strefy energetyczne wiatru w Polsce.69
3.4. Konwersja energii wiatru w energię mechaniczną / 71
3.4.1. Budowa siłowni wiatrowej / 71
3.4.2. Efektywność energetyczna siłowni wiatrowej / 72
3.5. Konwersja energii wiatru w energię elektryczną / 74
3.5.1. Budowa i zasada działania elektrowni wiatrowej / 74
3.5.2. Efektywność energetyczna elektrowni wiatrowej / 78
3.5.3. Możliwości magazynowania nadwyżek energii elektrycznej / 79
3.6. Zamiana energii wiatru w ciepło / 81
3.6.1. Budowa i zasada działania ciepłowni wiatrowej / 81
3.6.2. Efektywność energetyczna ciepłowni wiatrowej / 81

4 . Klasyfikacja i konstrukcja wiatraków / 85
4.1. Podział wiatraków ze względu na konstrukcję i zasadę działania / 85
4.1.1 Koźlak / 85
4.1.2 Holender (wiatrak holenderski) / 88
4.1.3 Paltrak / 90
4.1.4. Współczesne konstrukcje wiatraków / 92
4.2. Podział wiatraków ze względu na lokalizację / 94
4.3. Podział wiatraków ze względu na liczbę płatów wirnika / 96
4.4. Podział wiatraków ze względu na położenie osi obrotu wirnika / 99
4.5. Podział ze względu na szybkobieżność / 100

5 . Elektrownie wiatrowe / 103
5.1. Klasyfikacja elektrowni wiatrowych / 103
5.1.1. Podział elektrowni wiatrowych ze względu na lokalizację / 103
5.1.2. Podział elektrowni wiatrowych ze względu na moc elektryczną / 109
5.1.3. Podział elektrowni wiatrowych ze względu na powiązanie z krajowym systemem energetycznym / 112
5.1.4. Podział elektrowni wiatrowych ze względu na rodzaj i położenie osi turbiny / 113
5.1.5. Podział elektrowni wiatrowych ze względu na rodzaj generatora / 120
5.2. Przydomowe elektrownie wiatrowe / 122
5.2.1. Uwarunkowania prawne budowy przydomowej elektrowni wiatrowej / 123
5.2.2. Koncesja na prowadzenie działalności gospodarczej w zakresie produkcji energii elektrycznej / 127
5.2.3. Formalności związane z podłączeniem elektrowni wiatrowej do sieci elektroenergetycznej / 127
5.2.4 Wybór miejsca lokalizacji przydomowej elektrowni wiatrowej / 128
5.2.5. Konstrukcja i miejsce montażu elementów przydomowej elektrowni wiatrowej / 129
5.2.6. Powiązanie przydomowej elektrowni wiatrowej z systemem energetycznym operatora / 132
5.2.7. Dobór mocy przydomowej elektrowni wiatrowej w funkcji zapotrzebowania na energię elektryczną / 135
5.2.8. Problematyka ochrony środowiska i interesu osób trzecich w procesie projektowania i budowy przydomowej elektrowni wiatrowej / 142
5.2.9. Konserwacja, remonty i pomiary kontrolne parametrów przydomowej elektrowni wiatrowej / 146
5.2.10. Zagrożenie pożarowe przy eksploatacji przydomowych elektrowni wiatrowych / 149
5.2.11. Ochrona przed skutkami wyładowań atmosferycznych / 151

6 . Rachunek ekonomiczny budowy przydomowej elektrowni wiatrowej / 157
6.1 Podstawy rachunku ekonomicznego przedsięwzięć inwestycyjnych / 157
6.2. Metodyka UNIDO oceny opłacalności projektów inwestycyjnych / 158
6.2.1. Prosty okres zwrotu nakładów inwestycyjnych (simple payback period) / 158
6.2.2. Zdyskontowany okres zwrotu (discounted payback period) / 159
6.2.3 Wartość bieżąca netto NPV (net present value) / 160
6.2.4 Wewnętrzna stopa zwrotu IRR (internal rate of return) / 163
6.3. Zdyskontowany koszt inwestycji i eksploatacji w czasie życia inwestycji (lifecycle cost) / 163
6.4. Koszt budowy i eksploatacji przydomowej elektrowni wiatrowej / 164
6.5. Rachunek ekonomiczny uzasadniający budowę przydomowej elektrowni wiatrowej - studium przypadku / 167
6.5.1. Warunki początkowe / 167
6.5.2. Zmniejszenie opłat za zużytą energię elektryczną / 171
6.5.3. Wyznaczenie skumulowanych kosztów inwestycji, eksploatacji i parametrów opłacalności inwestycji / 172

Wykaz rysunków i tabel / 183
Załącznik - wyciąg z ustawy o odnawialnych źródłach energii
(link do pobrania: https://www.polcen.com.pl/pliki/Ustawa_EW_2023_pkt10_v2.pdf)

Wykaz reklam
Obliczanie powierzchni i kubatur budynku wg PN-ISO 9836:2022-07. Komentarze i przykłady obliczania / 36
Znowelizowane warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie 2021 wydanie 14 / 58
Audyty energetyczne - zastosowanie - wymagania -metody wykonania + suplement na 28 lutego 2023 r84
Instalacje w budynkach jednorodzinnych - ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja i przygotowanie ciepłej wody + programy kalkulacyjne / 102
Bezpieczeństwo pożarowe. Znowelizowane warunki techniczne budynków / 182
Inwestycyjny proces budowlany - krok po kroku / 189
Wykorzystanie energii słonecznej / 190
Świadectwa energetyczne budynków / 191
Oficyna Wydawnicza POLCEN poleca / 192

Przedmowa redakcyjna
Książka „Wykorzystanie energii wiatru" jest adresowana do projektantów i przyszłych użytkowników elektrowni wiatrowych, w pewnej mierze do studentów studiów technicznych. Jej specyfika, na tle innych pozycji wydawniczych, polega na skupieniu się na niewielkich obiektach, wykorzystujących energię wiatru do zasilania własnych instalacji energetycznych. Zagadnienia budowy dużych obiektów energetyki wiatrowej są domeną energetyki zawodowej i zasługują na odrębne potraktowanie.
W książce opisano naturę wiatru, podano jego charakterystykę i zasady pomiaru najważniejszych parametrów: prędkości i kierunku. Rys historyczny pozwala poznać etapy rozwoju energetyki wiatrowej na przestrzeni wieków na świecie i w Polsce, także od czasu odkrycia elektryczności i wykorzysta¬nia wiatraków do jej produkcji. Podstawy fizyczne energii i mocy (popularnie „siły") wiatru pozwalają na dobór parametrów eksploatacyjnych elektrowni wiatrowej.
Zdefiniowano efektywność obiektów energetyki wiatrowej i pokrótce opisano zasadę ich działania: konwersji energii wiatru na inne formy energii. Przegląd konstrukcji wiatraków zapoznaje Czytelnika z historycznymi i współczesnymi modelami silników wiatrowych. Brak jest w literaturze precyzyjnej terminologii, stąd należy zaznaczyć, że pojęcie „siłownia" może do¬tyczyć każdego obiektu energetyki wiatrowej, ale „elektrownia" to już obiekt wytwarzający wyłącznie energię elektryczną. Turbina wiatrowa to część elektrowni wiatrowej, silnik wiatrowy to część siłowni.
Najbardziej obszerny rozdział książki omawia elektrownie wiatrowe w różnych aspektach i kryteriach klasyfikacji: ze względu na lokalizację, moc, rodzaj turbiny, rodzaj generatora, itd. Są w nim także podane zasady doboru parametrów eksploatacyjnych elektrowni wiatrowej, a także wytyczne konserwacji, remontów i ochrony elektrowni przed wyładowaniami atmosferycznymi.
Rachunek ekonomiczny opłacalności budowy elektrowni wiatrowej jest uzupełnieniem treści pozycji wydawniczej. Zaprezentowano w nim metodykę oceny opłacalności inwestycji UNIDO, a także metodę kosztów w cyklu życia inwestycji, tę drugą uznając za bardziej odpowiednią do oceny przedsięwzięć niekomercyjnych, zakładających oszczędności, a nie zyski ze sprzedaży energii. Podkreślono, że wynik rachunku ekonomicznego zależy od wielu zmiennych i w przypadku nieudokumentowanych przesłanek może wytworzyć błędny obraz atrakcyjności inwestycji. Podane przykłady analizy ekonomicznej mają na celu zaprezentowanie metody i nie powinny być generalizowane pod względem wyników. Te zależą do warunków początkowych: charakterystyki wietrzności obszaru i prawidłowego doboru parametrów elektrowni wiatrowej. Książka ma znaczenie praktyczne. Jest bogato ilustrowana.
Redaktor Merytoryczny, Kazimierz Żarski

Od Autora
Niniejsza publikacja jest kontynuacją tematyki przedstawionej w książce mojego autorstwa o odnawialnych źródłach energii pt. „Wykorzystanie energii słonecznej (OZE)".
Książka składa się z sześciu rozdziałów poświęconych osobnym zagadnieniom. W rozdziale pierwszym zatytułowanym „Wiatr jako zjawisko meteorologiczne" opisano podstawowe zagadnienia związane z powstawaniem wiatru w przyrodzie, scharakteryzowano jego strefy na kuli ziemskiej oraz przedstawiono cyrkulację atmosfery według modelu uwzględniającego ruch obrotowy Ziemi. Omówiono skale wykorzystywane do opisu siły wiatru w przyrodzie, opisano podstawowe parametry wiatru, przyrządy do pomiaru jego kierunku i prędkości oraz strefy energetyczne w Polsce ze zwróceniem uwagi na zasoby potencjału wiatru na terenie kraju.
W rozdziale 2 „Rys historyczny wykorzystania energii wiatru" ukazano historię wykorzystania wiatru na świecie od zarania dziejów po czasy współczesne. Wymieniono osoby uznawane powszechnie za prekursorów ba¬dań teoretycznych i eksperymentalnych w zakresie elektrowni wiatrowych. Zwrócono również uwagę na proces ujarzmiania energii wiatru na terenach polskich, począwszy od drewnianych wiatraków po nowoczesne współczesne elektrownie wiatrowe. Przedstawiono m.in. budowę wiatraka obrotowego typu: holender, koźlak i paltrak, wykazując jednocześnie różnice występujące w ich zabudowie konstrukcyjnej.
Rozdział 3 „Podstawy fizyczne wykorzystania energii wiatru" przedstawia moc i energię wiatru. Na bazie informacji z IMiGW przedstawia mapę za¬sobów użytecznej energii wiatru w Polsce, wyróżnia obszary znacznie różnią¬ce się wielkością potencjału energii wiatru. Ukazuje konwersję energii wiatru w energię mechaniczną i elektryczną oraz zamianę energii wiatru w ciepło.
Rozdział 4 „Klasyfikacja i konstrukcja wiatraków" omawia podział wiatraków ze względu na konstrukcję i zasadę działania, na ich lokalizację, na liczbę płatów wirnika i na położenie osi obrotu wirnika.
W rozdział 5 „Elektrownie wiatrowe" przedstawiono klasyfikację elektrowni wiatrowych. Opisano turbiny z pionową i poziomą osią obrotu, ukazując jednoczenie zalety i wady tych rozwiązań konstrukcyjnych. Zwrócono też uwagę na czynniki decydujące o wyborze lokalizacji elektrowni wiatrowej. Wskazano sposoby i miejsca montażu przydomowych elektrowni wiatrowych oraz możliwe warianty ich pracy. Zwrócono uwagę na zagadnienia związane z mocą turbiny. Omówiono przyczyny uszkodzeń przydomowych elektrowni wiatrowych. Scharakteryzowano bezinwazyjne metody badań turbin wiatrowych w celu wykrycia uszkodzeń na wczesnym etapie. W końcowej części rozdziału przed¬stawiono wymagania prawne, jakie należy spełnić budując przydomową elektrownię wiatrową oraz po zakończeniu jej budowy. Poruszono kwestię zagrożenia pożarowego, wymieniając przyczyny zaistnienia pożaru turbiny wiatrowej, wskazując środki ograniczające ryzyko zaistnienia pożaru oraz omówiono za¬sady postępowania w przypadku pożaru w instalacjach tego typu. Skupiono też uwagę na ochronie turbiny przed skutkami wyładowań atmosferycznych i bez¬pośrednimi przepięciami w instalacji elektrycznej.
Rozdział 6 „Rachunek ekonomiczny budowy przydomowej elektrowni wiatrowej" w całości poświęcono analizie ekonomicznej opłacalności inwestycji w przydomowe elektrownie wiatrowe. W tej części rozważania anali¬tyczne opłacalności przedsięwzięć inwestycyjnych oparto o metody statyczne oraz metody dyskontowe. Oszacowano w nim m.in. okres zwrotu inwestycji w przypadku rezygnacji z konwencjonalnego źródła dostawy energii elektrycznej do budynków i zastąpienie go odnawialną energią wiatrową.
Książka zawiera 129 rysunków i 24 tabele, które ułatwiają zrozumienie jej treści.
Uzupełnienie treści merytorycznych stanowi spis literatury, który może być przydatny dla czytelników pragnących pogłębić wiedzę w tym zakresie.
W publikacji wykorzystano dostępne materiały źródłowe stanowiące opracowania poświęcone tematyce odnawialnych źródeł energii oraz informacje publikowane w źródłach internetowych.
Książka jest skierowana przede wszystkim do studentów szkół wyższych o kierunku energetycznym, uczestników studiów podyplomowych o specjal¬ności energetyka - odnawialne źródła energii, do uczniów techników energe¬tycznych, osób przygotowujących się do zainstalowania systemów wykorzy¬stujących energię z odnawialnych źródeł w budynkach, do osób zajmujących się na co dzień tematyką odnawialnych źródeł energii oraz wszystkich Czy¬telników, którzy chcieliby zgłębić wiedzę w zakresie metod oraz technologii produkcji energii elektrycznej i cieplnej na podstawie odnawialnych źródeł energii, jakim jest wiatr.