farmy witraowe na morzu.pdf
(
1030 KB
)
Pobierz
10 Przybrzeżne elektrownie wiatrowe
Przybrzeżna farma wiatrowa London Array znacząco przyczyni się do osiągnięcia
przez Wielką Brytanię jej celów dotyczących energetyki odnawialnej.
James Smith, prezes koncernu Shell w Wielkiej Brytanii
Energia elektryczna jest zbyt istotnym towarem, by traktować ją jako program
tworzenia nowych miejsc pracy w przemyśle turbin wiatrowych.
David J. White
Wiatry wiejące nad morzem są silniejsze i stabilniejsze niż te nad lądem. Dzięki
temu przybrzeżne farmy wiatrowe dostarczają więcej mocy na jednostkę po-
wierzchni niż farmy lądowe. Farma wiatrowa Kentish Flats, położona na Morzu
Północnym, u ujścia Tamizy, około 8,5 km od miejscowości Whitstable i Herne
Bay, rozpoczęła pracę pod koniec 2005 roku . Oczekiwano, że jej średnia moc na
jednostkę powierzchni wyniesie 3,2 W/m
2
. W roku 2006 średnia moc elektrow-
ni wyniosła 2,6 W/m
2
.
Zakładam, że moc na jednostkę powierzchni równa 3 W/m
2
(o 50% więk-
sza niż nasze oszacowanie dla elektrowni wiatrowych na lądzie – 2 W/m
2
) jest
odpowiednią liczbą dla przybrzeżnych farm wiatrowych w Wielkiej Brytanii.
Warunki wiatrowe na Bałtyku są nieco gorsze niż na Morzu Północnym,
jednak zostawimy te oszacowania Davida bez zmian.
Potrzebujemy teraz oszacowania, jak duża powie
rzchnia morza w rzeczywisto-
ści mogłaby zostać pokryta turbinami wiatrowy
mi. Zgodnie z przyjętą konwencją
powinniśmy podzielić przybrzeżne elektrownie wiatrowe na znajdujące się na
płytkich
wodach i te, które usytuowane są
na głębokich akwenach
, co ilustruje
rys. 10.2. Według powszechnej opinii
płytko
posadownione elektrownie wia-
trowe (budowane na dnie o głębokości do 25–30 m), chociaż są prawie dwa razy
droższe od elektrowni lądowych, to przy niewielkich dopłatach są ekonomicz-
nie opłacalne. Z kolei budowa elektrowni osadzonych
głębok
o na dnie morza
nie jest obecnie opłacalna. Do roku 2008 powstała zaledwie jedna taka farma
wiatrowa na wodach brytyjskich jako próbny prototyp, przesyłający wypro-
dukowaną przez siebie energię do położonej niedaleko platformy wiertniczej
Beatrice.
Płytko położone przybrzeżne elektrownie wiatrowe
W granicach brytyjskich wód terytorialnych obszary płytkie to około 40 000 km
2
,
z czego większość znajduje się u wybrzeży Anglii i Walii. To dwukrotność
powierzchni Walii.
Średnia moc możliwa do uzyskania z farm wiatrowych, pokrywających cały
ten teren, wynosiłaby 120 GW lub 48 kWh na osobę dziennie. Jednakże trud-
no wyobrazić sobie pogodzenie tych planów z żeglugą. Jestem pewien, że na
znaczących obszarach zakazano by budowy farm wiatrowych. Musimy więc
zredukować dostępną powierzchnię o tereny stanowiące korytarze żeglugowe
oraz wykorzystywane przez rybołówstwo. Proponuję, byśmy oszacowali do-
stępną część na jedną trzecią całości tych akwenów (sugeruję jednak, żebyś za-
poznał się z przypisami do tego rozdziału, aby poznać bardziej pesymistyczny
Fot. 10.1. Kentish Flats – farma
wiatrowa w płytkich wodach
przybrzeżnych. Każdy wirnik ma
średnicę 90 m, a jego środek
znajduje się w głowicy na wysokości
70 m. Każda turbina o mocy
maksymalnej 3 MW waży 500 ton,
połowa to waga fundamentów.
Fot. © Elsam (
elsam.com
).
Użyte za pozwoleniem
70
O zrównoważonej energii – bez pary w gwizdek
Rys. 10.2. Brytyjskie wody
terytorialne płytsze niż 25 m
(kolor żółty) i o głębokości pomiędzy
25 m a 50 m (kolor ioletowy). Dane
pochodzą z DTI Atlas of Renewable
Marine Resources.
© Prawa autorskie do publikacji
rządowych
Beatrice
North Hoyle
Kentish Flats
100 km
punkt widzenia!). A zatem oszacowana przez nas maksymalna rzeczywista
moc dostępna z płytko posadowionych przybrzeżnych farm wiatrowych
wynosi 16 kWh na osobę dziennie.
Zanim przejdziemy dalej, chciałbym zaznaczyć, jak wielka powierzchnia
morza – dwie trzecie Walii – jest potrzebna, by dostarczyć 16 kWh na osobę
dziennie. Jeśli wzdłuż całej linii brzegowej Wielkiej Brytanii (długość: 3000 km)
wybudujemy pas turbin o stałej szerokości 4 km, to będzie on miał powierzch-
nię 13 000 km
2
. To powierzchnia, którą musimy zapełnić turbinami, żeby do-
starczyć moc 16 kWh na osobę dziennie. By pokazać to w inny sposób, rozważ-
my liczbę turbin, które musiałyby być użyta. Moc 16 kWh na osobę dziennie
byłaby dostarczana przez 44 000 „3 MW” turbin, co oznacza 15 elektrowni na
kilometr linii brzegowej, gdyby rozmieścić je wszystkie w równych odstępach
na 3000 km wybrzeża.
Przybrzeżna energetyka sprawia wiele problemów ze względu na korozyj-
ne działanie morskiej wody. Na terenie dużej duńskiej farmy wiatrowej Horns
Reef wszystkie 80 turbin trzeba było rozmontować i naprawić zaledwie po
18 miesiącach wystawienia na działanie morskiego wiatru. Wszystko wskazuje
na to, że turbiny z Kentish Flats mają podobne problemy ze skrzyniami biegów,
a jedna trzecia z nich musiała zostać wymieniona w ciągu pierwszych 18 mie-
sięcy użytkowania.
10 – Przybrzeżne elektrownie wiatrowe
71
Polskie wody terytorialne to około 8000 km
2
, przy czym przybrzeżne wody
Bałtyku Południowego mają niewielkie głębokości, nieprzekraczające 20 m.
Średnia moc możliwa do uzyskania z farm wiatrowych, pokrywających
cały ten teren, wynosiłaby 24 GW lub 10 kWh na osobę dziennie. Przy za-
łożeniu wykorzystania 40% tego obszaru (więcej niż dla Wielkiej Brytanii)
na potrzeby energetyki wiatrowej uzyskujemy 4 kWh na osobę dziennie.
Wiatr,
głbokowodne:
32 kWh/d
Wiatr,
płytkowodne:
16 kWh/d
Głęboko posadowione przybrzeżne elektrownie wiatrowe
Obszary o głębokości pomiędzy 25 m a 50 m zajmują około 80 000 km
2
– taką
powierzchnię ma Szkocja. Zakładając ponownie, że moc na jednostkę po-
wierzchni wynosi 3 W/m
2
, głęboko posadowione przybrzeżne farmy wiatrowe
mogłyby dostarczyć kolejne 240 GW, czyli 96 kWh na osobę dziennie, gdyby
obszar ten całkowicie pokryć wiatrakami. Ponownie musimy wziąć pod uwa-
gę korytarze żeglugowe. Proponuję, tak jak poprzednio, przyjąć jedną trzecią
powierzchni jako możliwą do zabudowania farmami wiatrowymi. Obszar ten
będzie więc o około 30% większy niż Walia i duża jego część będzie znajdowała
się w odległości większej niż 50 km od wybrzeża.
Rezultat: jeśli powierzchnia równa pasowi o szerokości 9 km, położonemu
wzdłuż wybrzeża, zostałaby wypełniona turbinami, to mogłyby one dostar-
czyć moc 32 kWh na osobę dziennie. To faktycznie wielka ilość energii, lecz
wciąż niewystarczająca, by zaspokoić nasze ogromne zużycie. I wciąż jeszcze
nie wspomnieliśmy o problemie sporadyczności wiatru. Powrócimy do tego
tematu w rozdziale 26.
Umieszczę ten potencjalny udział „głębokich” przybrzeżnych elektrowni
wiatrowych w słupku produkcji z zastrzeżeniem, że – jak już wcześniej wspo-
mniałem – eksperci od energetyki wiatrowej obliczyli, że ten rodzaj energetyki
jest niezmiernie kosztowny.
El. wodne:
1,5 kWh/d
Owietlenie:
4 kWh/d
Biomasa:
ywno
‚,
biopaliwa, drewno,
spalanie odpadów,
metan z wysypisk:
24 kWh/d
Ogrzewanie,
klimatyzacja:
37 kWh/d
Elektrownie
słoneczne
(200 m
2
/o):
50 kWh/d
Podró
samolotem:
30 kWh/d
PV, 10 m
2
/o:
5
W przypadku Polski jedyne głęboko położone wody terytorialne to rejon
Zatoki Gdańskiej, gdzie dno opada w stronę Głębi Gdańskiej. Względnie
mała powierzchnia tego obszaru w stosunku do całości wód terytorialnych,
jak i intensywna żegluga nie czynią z niego atrakcyjnego miejsca do budo-
wy elektrowni wiatrowych.
Można za to rozważyć budowę głęboko posadowionych elektrowni
wiatrowych POZA wodami terytorialnymi. Na razie jednak, do momen-
tu znaczącego wykorzystania wód terytorialnych, pomińmy tę możliwość
i przyjmijmy, że dla Polski energia pochodząca z głęboko posadowionych
elektrowni wiatrowych wyniesie
0 kWh na osobę dziennie
.
Ogrzewanie
słoneczne:
13 kWh/d
Samochód:
40 kWh/d
Wiatr:
20 kWh/d
Rys. 10.3. Przybrzeżne elektrownie
wiatrowe
Trochę porównań i kosztów
Jak więc ma się nasz wyścig pomiędzy zużyciem energii a jej produkcją? Po
dodaniu przybrzeżnych elektrowni wiatrowych zarówno płytko-, jak i głęboko-
wodnych do słupka produkcji, zielony słupek wyszedł na prowadzenie. Tym,
co chciałbym, abyś dostrzegł w wyścigu, jest kontrast: jak
łatwo
jest dorzucić
większy klocek do słupka zużycia i jak
trudne
jest podwyższanie słupka pro-
dukcji. Podczas pisania tego akapitu poczułem, że jest mi trochę zimno, więc
72
O zrównoważonej energii – bez pary w gwizdek
podkręciłem odrobinę ogrzewanie. Łatwo jest zużywać dodatkowe 30 kWh
dziennie. Jednakże wyciśnięcie kolejnych 30 kWh na osobę dziennie z odna-
wialnych źródeł energii wymaga tak dużej industrializacji środowiska, że aż
trudno to sobie wyobrazić.
By wytworzyć 48 kWh dziennie na osobę z przybrzeżnych elektrowni wia-
trowych w Wielkiej Brytanii, potrzebne jest
60 milionów ton betonu i stali
– jedna tona na osobę. Roczna światowa produkcja stali wynosi około 1200
milionów ton, co oznacza 0,2 tony na osobę na świecie. Podczas drugiej wojny
światowej amerykańskie stocznie zbudowały 2751 statków klasy Liberty, każdy
zawierający 7 000 ton stali, co w sumie daje 19 milionów ton stali lub 0,1 tony
na Amerykanina. Tak więc wybudowanie 60 milionów ton turbin nie jest poza
zasięgiem naszych możliwości, jednakże nie oszukujmy się, myśląc, że jest to
łatwe. Wytworzenie tak wielu wiatraków jest wyczynem porównywalnym
z budową statków Liberty.
Dla porównania, aby w Wielkiej Brytanii wytworzyć 48 kWh mocy na dobę
na osobę z energetyki jądrowej, potrzeba
8 milionów ton stali i 140 milionów
ton betonu
. Możemy także porównać 60 milionów ton elementów konstrukcyj-
nych potrzebnych do wybudowania rozważanych przybrzeżnych elektrowni
wiatrowych, z istniejącą infrastrukturą eksploatacji paliw kopalnych znajdu-
jącą się pod wodami i wokół Morza Północnego (rys. 10.4). W 1997 roku 200
instalacji oraz 7000 km rurociągów w wodach Morza Północnego, należących
do Wielkiej Brytanii, zawierało w sobie 8 milionów ton stali i betonu. Nowo
wybudowany gazociąg Langeled, biegnący z Norwegii do Wielkiej Brytanii,
dostarczający gaz w ilości odpowiadającej mocy 25 GW (10 kWh na dobę na
osobę), pochłonął kolejny
milion ton stali i milion ton betonu
(rys. 10.5).
Rząd brytyjski ogłosił 10 grudnia 2007 roku, że mógłby zezwolić na utwo-
rzenie 33 GW mocy z przybrzeżnych elektrowni wiatrowych (co pozwoliłoby
na dostarczenie Wielkiej Brytanii średnio 10 GW, czyli 4,4 kWh na osobę dziennie).
Plan ten przez niektórych w branży wiatrowej nazywany jest „gruszkami na
wierzbie” („
pie in the sky
”). Zaokrąglijmy tę liczbę do 4 kWh na osobę dziennie
[co odpowiada naszym oszacowaniom dla Polski –
red
.] To jedna czwarta mo-
jego oszacowania dla płytko posadowionych przybrzeżnych elektrowni wia-
trowych (16 kWh na osobę dziennie). By uzyskać taką średnią moc, potrzeba
około 10 000 „3 MW” turbin wiatrowych – takich jak na rysunku 10.1 (mają one
maksymalną moc 3 MW, jednakże średnio dostarczają 1 MW).
Ile kosztowałoby wzniesienie tych „33 GW” mocy? No cóż, „90 MW” farma
wiatrowa, Kentish Flats, kosztowała 105 milionów funtów, więc „33 GW”
powinny kosztować około 33 miliardów funtów. Jednym ze sposobów, by wy-
jaśnić, co oznacza przeznaczenie 33 miliardów funtów na przybrzeżne elek-
trownie wiatrowe, dostarczające 4 kWh na dobę na osobę, jest rozdzielenie tej
kwoty pomiędzy mieszkańców Wielkiej Brytanii, co daje 550 funtów na osobę.
Nawiasem mówiąc, jest to znacznie lepszy interes niż w przypadku mikrotur-
bin. Montowane na dachach mikroturbiny kosztują obecnie około 1500 funtów
i, nawet przy dość optymistycznie założonej prędkości wiatru równej 6 m/s,
dostarczają zaledwie 1,6 kWh/dobę. W rzeczywistości, w typowej miejskiej
lokalizacji w Anglii, takie turbiny dostarczają jedynie 0,2 kWh dziennie.
Kolejnym wąskim gardłem, ograniczającym instalowanie turbin wiatro-
wych, jest potrzeba użycia do tego celu specjalnych statków. By postawić 10 000
turbin wiatrowych („33 GW”) w ciągu 10 lat, potrzeba około 50 specjalnych
platform samopodnoszących. Ponieważ każda kosztuje 60 milionów funtów, to
Fot. 10.4. Platforma Magnus,
położona w brytyjskiej północnej
części Morza Północnego, składa się
z 71 000 ton stali.
W roku 2000 platforma ta
dostarczyła 3,8 miliona ton ropy
i gazu, co odpowiada mocy 5 GW.
Koszt platformy to 1,1 miliarda
funtów.
Fot. Terry Cavner
Fot. 10.5. Rury do budowy gazociągu
Langeled.
Zdjęcie pochodzi z Bredero–Shaw
[
brederoshaw.com
]
10 – Przybrzeżne elektrownie wiatrowe
73
dodatkowo trzeba w nie zainwestować 3 miliardy funtów. Nic wielkiego w po-
równaniu z wspomnianymi 33 miliardami funtów, ale potrzeba wykorzystania
specjalnych barek jest elementem wymagającym wcześniejszego zaplanowania.
Koszty dla ptaków
Czy wiatraki zabijają „ogromne liczby” ptaków? Farmy wiatrowe okryły się
ostatnio złą sławą w Norwegii, gdzie turbiny wiatrowe położone na Smola,
grupce wysepek przy północno-zachodnim wybrzeżu, zabiły 9 orłów bielików
w ciągu 10 miesięcy. Podzielam troskę BirdLife International o ochronę rzad-
kich gatunków. Jednak, jak zawsze, wydaje mi się, że warto bliżej przyjrzeć się
liczbom.
Oszacowano, że w Danii rocznie turbiny wiatrowe zabijają 30 000 ptaków.
Jednocześnie wiatraki generują 19% elektryczności. Horror! Zakazać wiatra-
ków! Jednakże wiemy również, że ruch samochodowy zabija w Danii jeden
milion ptaków rocznie. Trzydzieści trzy razy większy horror! Trzydzieści trzy
razy więcej powodów, żeby zakazać samochodów! Zaś w Wielkiej Brytanii 55
milionów ptaków rocznie jest zabijanych przez koty (rys. 10.6).
Rys. 10.6. Liczba ptaków
ginących w różnych okolicznościach.
Roczna liczba ptaków zabijanych
w Danii przez turbiny wiatrowe,
samochody i koty. Liczby z Lomborg
(2001).
Zderzenia z oknami zabijają mniej
więcej tyle samo ptaków co koty.
30
000
1
000
000
55
000
000
Kierując się tylko emocjami, wolałbym żyć w kraju bez żadnych samochodów,
właściwie żadnych wiatraków, ale z mnóstwem kotów i ptaków (z kotami
polującymi na ptaki i jednocześnie będącymi oiarą norweskich bielików, by
wyrównać szanse). Jednakże tak naprawdę chciałbym po prostu, by decyzje
dotyczące samochodów i wiatraków były podejmowane na podstawie racjonal-
nego, opartego na faktach myślenia, a nie tylko emocji. Może jednak potrzebu-
jemy wiatraków!
Plik z chomika:
a12nn
Inne pliki z tego folderu:
Metody Numeryczne - Jerzy Klamka.pdf
(38559 KB)
watanabe s. hybrid manipulations for the solution of system of nonlinear equations.pdf
(2194 KB)
szwabinski metody numeryczne.pdf
(906 KB)
introduction to matlab.doc
(1183 KB)
liczby zespolone.doc
(147 KB)
Inne foldery tego chomika:
english
fantasy
thriller
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin