Kalkulator dla małych turbin – czy pomysł NFOŚiGW ma sens?

• Nie spotkałem do dziś dobrych i ogólnodostępnych metod, które pozwalają na ustalenie potencjału wiatrowego bez długotrwałych pomiarów w danej lokalizacji - komentuje dla nas ekspert Wojciech Mardziel z windhunter_group
• Technologia małych turbin wiatrowych choć istnieje od lat, często jest rozwijana bez odpowiednich badań takich jak fizyczne i rzetelne określenie krzywej mocy, czyli zależności produktywności turbiny od prędkości wiatru, 
• Wyniki oparte na metodach numerycznych choć dostępne, często nie są w stanie uwzględnić w odpowiednim stopniu szorstkości terenu, która ma bardzo duży wpływ na ostateczną prędkość wiatru w danej lokalizacji.

Wojciech Mardziel z windhunter_group w komentarzu dla redakcji Globenergia przedstawia opinię, że kalkulator opłacalności dla małych turbin wiatrowych choć jest trafionym pomysłem i warto go rozwijać, jednak nie jest to takie proste, jak wpisanie lokalizacji inwestycji i wysokości masztu. Proste obliczenia, bez rzetelnych danych o wietrzności i kompletnych parametrów planowanej turbiny, będą prawdopodobnie mocno odbiegać od rzeczywistości. Opieranie inwestycji na takich szacunkach w większości przypadków może skończyć się rozczarowaniem. 

Czym karmimy kalkulator?

Jeszcze przed przeprowadzeniem obliczeń lub w ogóle przed konstruowaniem algorytmów, warto zastanowić się, jakie dane wejściowe są potrzebne, żeby wyniki miały szansę pokrywać się z rzeczywistością. W przypadku dużej energetyki wiatrowej, która może służyć za dobry punkt wyjściowy, inwestorzy wykorzystują do oszacowania celowości przedsięwzięcia złożone procesy obliczeniowe. Do ich poprawnego działania potrzebne są dwa rodzaje danych wejściowych.

„Pierwszą jest bardzo dokładnie przeanalizowana krzywa mocy turbiny wiatrowej, która przy małych turbinach  nie jest zawsze taka rzetelna i tak dokładnie opracowana, jak w przypadku dużych turbin. Duże turbiny często, przeważnie, czy nawet wręcz zawsze, są certyfikowane przez akredytowane jednostki, stąd te dane są bardzo rzetelne. Drugim kluczowym aspektem, który jest nieodzowny do wykonania takiego kalkulatora, jest posiadanie dobrych, rzetelnych informacji o kierunku i prędkości wiatru” – tłumaczy Wojciech Mardziel i podkreśla, że te informacje można pozyskać jedynie, wykonując pomiar dokładnie w lokalizacji inwestycji.

Tak więc pierwszą przeszkodą na drodze do dobrze działającego kalkulatora jest brak dokładnych danych – zarówno o samych turbinach wiatrowych, jak i o rzeczywistej prędkości wiatru w miejscu inwestycji.

Modele numeryczne

Dane o wietrzności gromadzone są w kilkudziesięciu stacjach pomiarowych w całej Polsce, zapisywane co godzinę i przetwarzane na informacje o statystycznych latach. Dlaczego więc, przy użyciu nowoczesnych metod numerycznych, nie możemy rozszerzyć zakresu tych danych, ekstrapolując je na obszar całej Polski? 

Jak wiemy, nawet najdokładniejsze obliczenia numeryczne nie są w stanie dokładnie przewidzieć prędkości wiatru w danym miejscu. Na warunki wpływa bowiem zabudowa, jej wysokość, kształt, rozmieszczenie i odległość, obecność lub brak drzew, ukształtowanie terenu. Im większa odległość od ziemi (wyższy maszt turbiny), tym znaczenie tych czynników jest mniejsze, jednak przewidywana wysokość planowanych dofinansowań wskazuje na to, że środki te są kierowane na wsparcie budowy małych turbin wiatrowych często nie wyższych niż 20 - 30 metrów. Wprawdzie wydaje się to dużo, ale wpływ otoczenia na działanie takiej turbiny nadal jest znaczny. Do takich obliczeń modele numeryczne nie są przystosowane.

„Przeanalizowaliśmy jedną lokalizację zarówno na podstawie takiego kalkulatora, jak i na podstawie pomiaru rzeczywistego w terenie dość zabudowanym, natomiast w bardzo niewielkiej odległości od morza i różnice są mniej więcej dwukrotne” – mówi Wojciech Mardziel i kontynuuje, że nawet jeśli kalkulator podaje optymistyczny dla małych turbin wynik średniorocznej prędkości na poziomie 5-6 m/s, to pomiary w lokalizacji mogą dać nawet połowę tego wyniku.

Mniejsza prędkość to znacznie mniejsza produktywność. Energia kinetyczna wiatru jest bowiem w dużym uproszczeniu proporcjonalna aż do trzeciej potęgi jego prędkości. Co może oznaczać, że dwa razy niższa prędkość, to osiem razy niższa energia, którą możemy pozyskać.

Najpierw pomiary, potem obliczenia

Niestety, nie będzie sprawdzonych i niezawodnych sposobów na obliczenie potencjału do rozwoju małych turbin wiatrowych w swoim ogródku, które będą wymagały od nas poświęcenia jedynie 5 minut na uzupełnienie internetowej tabelki. 

„Nie ma wprost dostępnych danych do stworzenia takiego rzetelnego kalkulatora, ponieważ małe turbiny nie dysponują często dobrze zbadaną krzywą mocy, a dostępne numeryczne dane o prędkości wiatru często są jednak rozbieżne z danymi, które wynikają z faktycznych pomiarów. W szczególności, jeżeli mówimy o turbinach montowanych na wysokości 20, 30, czy nawet 40 m” – podsumowuje ekspert.

Turbiny wiatrowe nie są więc tak proste do oceny, jak fotowoltaika. W przypadku energetyki słonecznej największą przeszkodą jest zacienienie, które łatwo sobie zwizualizować. W całej Polsce potencjał słoneczny jest podobny, a wiatrowy mocno różny – co może objawiać się w lokalizacjach położonych nawet stosunkowo blisko siebie nawzajem. Swoją wiarę w skuteczność kalkulatorów opłacalności przydomowych turbin wiatrowych należy więc ograniczyć, jeśli nie opierają się one na rzetelnych danych i pomiarach. W przeciwnym razie – ograniczymy lub wręcz uniemożliwimy zyski z takiej instalacji. 

O założenia do kalkulatora, który NFOŚiGW zamierza uruchomić w ramach programu “Moja elektrownia wiatrowa”  zapytaliśmy u źródła, ale jeszcze nie otrzymaliśmy żadnych odpowiedzi o szczegóły i założenia tego narzędzia.