Odnawialne źródła energii zaczynają odgrywać coraz większą rolę w pokryciu światowego zapotrzebowania na energię.

Chociaż dominujące pośród wszystkich OZE ciągle są: biomasa oraz energetyka wodna, to systematycznie malejące ceny instalacji fotowoltaicznych i turbin wiatrowych, wzrost sprawności konwersji promieniowania słonecznego w energię elektryczną, opracowywanie bądź wdrażanie nowych związków, które w zamierzeniach zastąpiłyby dominujący krzem oraz rosnące ceny energii elektrycznej pochodzącej z nośników konwencjonalnych pozwalają sądzić, że energia wiatru i promieniowania słonecznego zacznie odgrywać coraz większą rolę w polskim systemie elektroenergetycznym. Poniższy artykuł jest wstępem do analizy możliwości wykorzystania obu tych źródeł energii nie tylko na potrzeby gospodarstwa domowego, ale również ich pracy w ramach krajowego systemu elektroenergetycznego.
Układ hybrydowy
Zmienność i ograniczona przewidywalność dostępności zasobów energii promieniowania słonecznego oraz wiatru jest jednym z głównych zarzutów stawianych tym źródłom energii. Jest to zarzut słuszny – w szczególności, gdy zasilenie w energię z tych źródeł rozpatrujemy z perspektywy pojedynczego odbiorcy, który jest całkowicie uzależniony od lokalnych warunków atmosferycznych.

CZYTAJ CAŁY ARTYKUŁ – TUTAJ


W skali globalnej, zarówno w wypadku instalacji fotowoltaicznych jak i turbin wiatrowych rozmieszczonych na dużej przestrzeni, obserwowany będzie efekt wygładzania krzywej uzysku energii na skutek dystrybucji przestrzennej poszczególnych jednostek wytwórczych. Tym samym system energetyczny nie będzie narażony na chwilową utratę mocy z systemów fotowoltaicznych na skutek zacienienia modułów przez przemieszczającą się chmurę, warunkiem jest, by instalacje te były rozproszone i nie dochodziło do koncentracji dużych mocy na względnie niewielkim obszarze. Nasłonecznienie na obszarze Polski cechuje się niewielką zmiennością.
W ujęciu rocznym pomiędzy najbardziej i najmniej korzystną lokalizacją pod instalację PV różnica energii promieniowania słonecznego docierającego na powierzchnię jednego metra kwadratowego oscyluje na poziomie 100 kWh. Natomiast w wypadku energii wiatru, zróżnicowanie to jest już dużo wyraźniejsze, a specyfika pracy turbin wiatrowych powoduje, iż w niektórych lokalizacjach prędkość wiatru nie umożliwi nawet rozruchu turbiny. Przedstawiona powyżej krótka charakterystyka niestabilności generatorów fotowoltaicznych oraz wiatrowych jak i zmienności dostępnego promieniowania słonecznego i energii wiatru jest jedną z przyczyn ukazujących zasadność wykorzystania tak zwanych układów hybrydowych. Są one jednostkami generującymi energię elektryczną bądź cieplną, które w procesie jej wytwarzania korzystają z rożnych nośników energii pierwotnej.
Możliwe jest, by w układach hybrydowych współpracowały ze sobą generatory korzystające zarówno z energii odnawialnej jak i nieodnawialnej. Układy hybrydowe wykorzystywane na potrzeby gospodarstw domowych mają więc za zadanie, opierając się na rożnych źródłach energii pierwotnej, ustabilizować produkcję energii w ujęciu czasowym. Ważne jest, by zauważyć, że o ile w wypadku instalacji PV zrealizowanej zgodnie z przyjętymi standardami na obszarze Polski różnice w uzysku na kWp zainstalowanej mocy będą niewielkie, to w wypadku turbin wiatrowych ryzyko jest znacznie większe i może rzutować silnie na ekonomiczny aspekt instalacji.
 
Komplementarność zasobów energii wiatru i słońca
Pojęcie komplementarności zasobów energii wiatru i promieniowania słonecznego winno być rozumiane jako sytuacja, w której energia elektryczna jest generowana z instalacji fotowoltaicznej oraz turbiny wiatrowej w sposób uzupełniający się.
 
komplementarnosc leba
komplementarnosc wroclaw
 
Uzupełniane się to stan, w którym wzrostowi produkcji energii z PV towarzyszyłby spadek z turbiny wiatrowej i na odwrót. Natomiast całkowita komplementarność oznaczałaby, iż sumaryczna krzywa produkcji energii elektrycznej z obu źródeł byłaby ciągle na niezmiennym poziomie.
 
Co więcej, komplementarność pomiędzy źródłami energii może występować zarówno w czasie, przestrzeni, jak i w obu tych wymiarach. Przez komplementarność w czasie rozumie się sytuację, gdy zasoby energii wiatru i promieniowania słonecznego dostępne są w uzupełniających się ilościach na przestrzeni określonego przedziału czasu (roku, miesiąca, dnia czy kolejnych coraz krótszych okresów). Natomiast komplementarność w przestrzeni to zjawisko, gdy na danym obszarze występują znaczne zasoby np. energii wiatru, natomiast inna lokalizacja cechuje się znacznie korzystniejszymi wartościami nasłonecznienia.
Jakub Jurasz AGH w Krakowie
Źródło: GLOBEnergia 3/2015