Kiedy wiatraki produkują najwięcej prądu? Odpowiedź nie jest tak oczywista
Wiatr wydaje się niewyczerpany, ale jego kaprysy potrafią zaskoczyć — raz wieje z pełną mocą, innym razem niemal milknie. Wiele osób jest przekonanych, że zimą turbiny wiatrowe biją rekordy produkcji, a latem wyraźnie zwalniają. Czy to rzeczywiście prawda, czy tylko powtarzany mit? Sprawdzamy, jak wygląda to w praktyce i kiedy wiatr faktycznie pracuje na najwyższych obrotach.
- Czy turbina wiatrowa działa sezonowo?
- Zimą turbiny wiatrowe pracują wydajniej
- Dlaczego latem wiatraki produkują mniej?
- Sezonowe wahania pracy turbin wiatrowych
Czy turbina wiatrowa działa sezonowo?
Pan Robert na serio rozważa montaż przydomowej turbiny wiatrowej. Najbardziej zależy mu na możliwie przewidywalnym źródle energii. Problem w tym, że mały wiatrak nie zawsze pracuje z pełną mocą — w czasie ciszy wiatrowej nie jest w stanie pokryć bieżącego zapotrzebowania na prąd. Mężczyzna obawia się więc, że taka turbina będzie realnie działać głównie „w sezonie”. Czy te wątpliwości mają podstawy?
Warto pamiętać, że wiatr bierze się z różnic ciśnienia atmosferycznego, a te powstają wskutek nierównomiernego nagrzewania powierzchni Ziemi przez promieniowanie słoneczne. Ponieważ oś Ziemi jest nachylona względem Słońca, w ciągu roku zmienia się kąt padania promieni oraz ilość dostarczanej energii cieplnej — stąd biorą się pory roku. Na półkuli północnej zimą (grudzień, styczeń i luty) jest zwykle chłodniej, natomiast latem (czerwiec, lipiec i sierpień) temperatury są wyższe, a pogoda częściej bywa bardziej stabilna.
Wahania temperatury przekładają się na ruch mas powietrza. Im większe kontrasty termiczne, tym większe różnice ciśnienia, a w konsekwencji rośnie też prędkość wiatru. Dlatego produkcja energii z małej turbiny nie rozkłada się równomiernie w ciągu roku — i właśnie z tego wynika sezonowość wiatru jako źródła energii.
Zimą turbiny wiatrowe pracują wydajniej
Zimą w wielu częściach Polski częściej pojawiają się mocniejsze podmuchy. Duże różnice temperatur między wychłodzonym gruntem a cieplejszymi warstwami powietrza sprzyjają tworzeniu się dynamicznych prądów, dlatego w sezonie zimowym turbiny wiatrowe potrafią wytwarzać więcej energii. Z analiz, m.in. zespołów związanych z Politechniką w Luleå, wynika, że średnie prędkości wiatru zimą są wyższe niż latem, choć jednocześnie częściej się wahają. To zwykle oznacza większą produkcję, ale też większe obciążenia działające na konstrukcję.
Sama niska temperatura nie jest dla turbin przeszkodą. Urządzenia instalowane w Polsce projektuje się tak, by pracowały nawet przy -30°C. Co więcej, zimne powietrze ma większą gęstość, co może działać na korzyść przydomowych wiatraków. Najpoważniejszym zimowym problemem bywa natomiast oblodzenie. Lód odkładający się na łopatach zmienia ich aerodynamikę, może wywoływać drgania i nierównomiernie obciążać wirnik. W takich warunkach często potrzebne jest chwilowe wyłączenie turbiny, by uniknąć uszkodzeń.
Współczesne farmy wiatrowe coraz częściej stosują rozwiązania przeciwoblodzeniowe. W praktyce oznacza to m.in. podgrzewanie wnętrza łopat, specjalne powłoki ograniczające przywieranie lodu oraz systemy wibracyjne, które ułatwiają jego strącanie. Dzięki takim technologiom zimowe przestoje da się zwykle skrócić do minimum.
Dlaczego latem wiatraki produkują mniej?
Latem wahania ciśnienia atmosferycznego są zwykle niewielkie, przez co wiatr częściej okazuje się słabszy i bardziej kapryśny. To bezpośrednio odbija się na niższej produkcji energii z turbin wiatrowych niż zimą. W najcieplejszych tygodniach zdarzają się też epizody tzw. ciszy wiatrowej — wtedy część urządzeń przez pewien czas może nie wytwarzać prądu wcale.
W odróżnieniu od fotowoltaiki, która właśnie latem pracuje najwydajniej, turbiny wiatrowe rzadko notują sezonowe maksimum w trakcie wakacji. Elektrownia wiatrowa to złożony układ zależny od wielu zmiennych: od gęstości powietrza, przez ukształtowanie terenu, aż po lokalne warunki pogodowe. Dlatego inwestorom trudno z góry dokładnie oszacować uzyski, a to jedna z przyczyn, dla których wiatraki w Polsce nadal nie są tak powszechne, jak mogłyby być.
Warto też mieć na uwadze, że wiosną produkcja energii z wiatru zwykle nie dorównuje zimowej, natomiast jesienią silniejsze podmuchy często wracają. W wielu częściach kraju to właśnie przełom października i listopada bywa kojarzony z okresem najwyższych uzysków z energetyki wiatrowej.
Sezonowe wahania pracy turbin wiatrowych
Zmienność wytwarzania energii z wiatru to rzecz całkowicie naturalna, dlatego już na etapie planowania instalacji warto uwzględnić te różnice. Decydując się na turbinę wiatrową, dobrze jest od razu rozważyć także magazyn energii, który pozwoli przechować nadwyżki z okresów, gdy produkcja jest wyższa, i wykorzystać je wtedy, gdy wiatr słabnie.
Wielu właścicieli turbin przydomowych potwierdzi, że to zimą wiatraki najczęściej generują najwięcej prądu. Trzeba jednak pamiętać, że oblodzenie łopat może czasem wymusić chwilowe zatrzymanie pracy urządzenia. Z kolei wiosną i latem domowe elektrownie wiatrowe zwykle działają w bardziej przewidywalnych i stabilnych warunkach.
W energetyce wiatrowej każda pora roku niesie zarówno plusy, jak i ograniczenia. Końcowa wydajność zależy więc m.in. od lokalizacji, wysokości masztu, mocy turbiny oraz sposobu zarządzania instalacją lub farmą. Wiatraki mogą pracować przez cały rok, a dzięki nowym technologiom i dobrze dobranym rozwiązaniom sezonowe wahania da się skutecznie ograniczać i wyrównywać.