Kiedy turbiny wiatrowe produkują najwięcej prądu? Pory roku mają duże znaczenie
Wiatr jest niewyczerpalnym źródłem energii, ale jego siła i regularność zmieniają się w ciągu roku. Panuje przekonanie, że turbiny wiatrowe produkują najwięcej prądu w zimowych miesiącach, a latem pracują nieco mniej wydajnie. Sprawdzamy, czy produkcja energii z wiatru rzeczywiście ulega sezonowym wahaniom.
- Skąd się biorą sezonowe różnice w sile wiatru?
- Wysoka produkcja i nieplanowane przerwy – tak wygląda praca turbin w sezonie zimowym
- Dlaczego wiatraki produkują mniej energii latem?
- Zima czy lato – która pora roku jest lepsza dla turbin wiatrowych?
Skąd się biorą sezonowe różnice w sile wiatru?
Pan Robert poważnie zastanawia się nad instalacją przydomowej turbiny wiatrowej. Mężczyźnie zależy przede wszystkim na pozyskaniu przewidywalnego źródła energii. Niestety, niewielka turbina nie zawsze działa na pełnych obrotach. W okresach bezwietrznych nie pokryje bieżącego zapotrzebowania na prąd. Pan Robert obawia się, że taki wiatrak będzie pracował jedynie sezonowo – czy podejrzenia mężczyzny są uzasadnione?
Warto pamiętać o tym, że wiatr powstaje w wyniku różnic ciśnienia atmosferycznego. Te z kolei są efektem nierównomiernego nagrzewania powierzchni Ziemi przez promieniowanie słoneczne. Ponieważ Ziemia jest nachylona względem Słońca, w ciągu roku zmienia się kąt padania promieni i ilość dostarczanej energii cieplnej, dlatego na naszej planecie występują pory roku. Na półkuli północnej miesiące zimowe – grudzień, styczeń i luty – są chłodniejsze, natomiast czerwiec, lipiec i sierpień przynoszą wyższe temperatury i stabilniejsze warunki pogodowe.
Zmiana temperatury wpływa na dynamikę powietrza. Gdy kontrasty termiczne są duże, różnice ciśnienia rosną, a wraz z nimi narasta prędkość wiatru. Z tego powodu produkcja energii wiatrowej nie jest jednakowa przez cały rok, co wiąże się z sezonowością tego źródła energii.
Wysoka produkcja i nieplanowane przerwy – tak wygląda praca turbin w sezonie zimowym
To właśnie zimą w wielu regionach kraju pojawiają się silniejsze wiatry. Różnice temperatur między chłodnym gruntem a cieplejszymi warstwami powietrza sprzyjają powstawaniu intensywnych prądów powietrznych i dlatego w sezonie zimowym turbiny wiatrowe mogą produkować więcej energii. Badania prowadzone m.in. przez Politechnikę w Luleå wskazują, że średnie prędkości wiatru w miesiącach zimowych są wyższe niż latem, ale też bardziej zmienne. To przekłada się na większą produkcję energii i większe obciążenia konstrukcyjne.
Niska temperatura nie stanowi problemu dla samych turbin. Instalacje montowane w Polsce są przystosowane do pracy nawet przy -30°C. Zimne powietrze ma większą gęstość i bywa sprzymierzeńcem przydomowych wiatraków. Największym wyzwaniem związanym z sezonem zimowym bywa oblodzenie. Warstwa lodu osadzająca się na łopatach może zmieniać ich właściwości aerodynamiczne i powodować nierównomierne obciążenie wirnika. W takiej sytuacji konieczne będzie czasowe zatrzymanie turbiny.
Nowoczesne farmy wiatrowe korzystają z systemów przeciwoblodzeniowych. Obejmują one m.in. ogrzewanie wnętrza łopat, stosowanie powłok ograniczających przywieranie lodu oraz systemy wibracyjne ułatwiające jego usuwanie. Dzięki temu zimowe przestoje można ograniczyć do minimum.
Dlaczego wiatraki produkują mniej energii latem?
Latem różnice ciśnienia atmosferycznego są mniejsze, dlatego wiatr bywa słabszy i nieregularny, co przekłada się na spadek produkcji energii wiatrowej w porównaniu z zimą. Podczas najcieplejszych miesięcy możemy mieć do czynienia z okresami ciszy wiatrowej. W takim przypadku część turbin przez pewien czas w ogóle nie pracuje.
W przeciwieństwie do fotowoltaiki, która właśnie latem działa najefektywniej, turbina wiatrowa raczej nie osiągnie swojego sezonowego szczytu podczas wakacyjnych miesięcy. Elektrownia wiatrowa to złożony system, który jest uzależniony od wielu czynników, takich jak gęstość powietrza czy lokalna topografia. Inwestorzy zazwyczaj nie potrafią przewidzieć wysokości produkcji z turbiny, dlatego wiatraki wciąż nie zdobyły większej popularności w kraju nad Wisłą.
Warto pamiętać o tym, że wiosenna produkcja energii wiatrowej nie jest już tak efektywna, jak ta zimowa, ale jesienią silne wiatry powracają. W niektórych regionach kraju to właśnie okres między październikiem a listopadem jest kojarzony z momentem największej produkcji energii wiatrowej.
Zima czy lato – która pora roku jest lepsza dla turbin wiatrowych?
Wahania produkcji energii wiatrowej są zjawiskiem naturalnym, dlatego systemy energetyczne powinny być projektowane z uwzględnieniem tej zmienności. Inwestując w turbinę wiatrową, warto pomyśleć także o instalacji magazynu energii. Pozwoli to na gromadzenie nadwyżek z okresów zwiększonej produkcji.
Większość posiadaczy turbin wiatrowych prawdopodobnie przyzna, że to właśnie zimą przydomowe wiatraki produkują najwięcej energii. Trzeba jednak wziąć pod uwagę fakt, że oblodzenie łopat turbiny może wymusić tymczasowe unieruchomienie urządzenia. Latem i wiosną przydomowe elektrownie pracują w stabilniejszych warunkach.
W kontekście energetyki wiatrowej każda pora roku może mieć pewne korzyści i ograniczenia. Ostateczna efektywność wiatraków będzie więc warunkowana między innymi przez lokalizację, wysokość turbin, ich moc, a także sposób zarządzania farmą. Wiatraki działają przez cały rok, a dzięki postępowi technologicznemu i odpowiednim strategiom sezonowe wahania można skutecznie równoważyć.