Małe elektrownie wiatrowe – gdzie je montować, jakie są przepisy i ile energii produkują?

Monika Ciaś

Inżynier ekolog

Małe elektrownie wiatrowe – gdzie je montować, jakie są przepisy i ile energii produkują?

Jeszcze kilka lat temu małe elektrownie wiatrowe traktowano raczej jako ciekawostkę technologiczną niż realne źródło energii dla gospodarstw czy firm. Obecnie coraz częściej temat ten pojawia się w rozmowach przedsiębiorców, rolników, spółdzielni energetycznych i inwestorów, którzy zastanawiają się czy posadowienie małej turbiny wiatrowej ma sens na ich działce. Jeśli kiedykolwiek stałeś na swojej działce i pomyślałeś, że ,,tu przecież prawie zawsze wieje”, nie jesteś jedyny. Czy dobre warunki wiatrowe jednak wystarczą aby uzyskać realny zwrot inwestycji w elektrownie wiatrową? Gdzie można lokalizować małe elektrownie wiatrowe? Na co zwrócić uwagę, aby inwestycja nie okazała się fiaskiem? Na te pytania postaram się znaleźć odpowiedź w poniższym artykule.

Czym są małe turbiny wiatrowe i jak są klasyfikowane?

Mała elektrownia wiatrowa to instalacja wiatrowa o niewielkiej mocy, zazwyczaj od kilku do kilkuset kilowatów – przeznaczona do zasilania pojedynczych budynków, gospodarstw rolnych lub małych obiektów usługowych. Takie instalacje mogą pracować w dwóch podstawowych konfiguracjach:

on-grid – podłączone do sieci elektroenergetycznej, umożliwiające rozliczanie energii w systemie prosumenckim,
off-grid – pracujące autonomicznie, często w połączeniu z magazynem energii lub innym źródłem OZE.

Najważniejszym aktem prawnym regulującym odnawialne źródła energii w Polsce jest ustawa o odnawialnych źródłach energii. Wprowadza ona definicję mikroinstalacji i małej instalacji, które odnoszą się do wszystkich źródeł OZE, w tym do elektrowni wiatrowych. Zgodnie z przepisami:

mikroinstalacja OZE to instalacja o mocy zainstalowanej poniżej 50 kW,
mała instalacja OZE to instalacja o mocy powyżej 50 kW i nie większej niż 1 MW.¹

Małe elektrownie wiatrowe najefektywniej pracują na terenach otwartych, o dobrej wietrzności, gdzie możliwe jest ustawienie odpowiednio wysokiego masztu.

Najpopularniejsze typy turbin wiatrowych

Małe turbiny wiatrowe można podzielić przede wszystkim ze względu na orientację osi obrotu wirnika. Wyróżnia się dwa podstawowe typy konstrukcji:

turbiny o poziomej osi obrotu (HAWT). Szacuje się, że turbiny tego typu stanowią około 90 – 95% rynku małych turbin wiatrowych.
turbiny o pionowej osi obrotu (VAWT). Do najbardziej znanych należą turbiny typu Darrieus i Savonius. Ich sprawność jest zazwyczaj niższa niż w przypadku turbin
o poziomej osi obrotu, dlatego ich udział w rynku jest znacznie mniejszy.²

Elektrownia wiatrowa czy elektrownia fotowoltaiczna? Czym kierować się przy wyborze źródła OZE?

Zainteresowanie małymi turbinami wiatrowymi rośnie wraz ze wzrostem cen energii oraz popularyzacją rozwiązań prosumenckich. Mimo to wybór pomiędzy instalacją wiatrową a fotowoltaiczną powinien być zawsze poprzedzony analizą warunków lokalnych, kosztów inwestycyjnych oraz profilu zużycia energii.

W praktyce jednak turbina wiatrowa nie zawsze jest najlepszym rozwiązaniem. Koszty instalacji elektrowni wiatrowej są znacznie wyższe niż fotowoltaiki. Okres zwrotu inwestycji w turbinę wiatrową zazwyczaj wynosi od 8 do 12 lat. Mała elektrownia wiatrowa sprawdza się przede wszystkim w lokalizacjach o dobrej wietrzności, takich jak otwarte tereny wiejskie, działki położone na wzniesieniach, w oddali od przeszkód terenowych, gdzie możliwe jest zainstalowanie wysokiego masztu. W takich warunkach turbina może produkować energię również zimą i nocą, kiedy instalacja fotowoltaiczna nie pracuje. Z kolei fotowoltaika jest lepszym wyborem w gęstszej zabudowie, na działkach o ograniczonej przestrzeni lub w miejscach o słabszych warunkach wiatrowych. W wielu przypadkach zapewnia także krótszy okres zwrotu inwestycji (ok. 5-8 lat). Instalacje słoneczne są łatwiejsze w montażu, wymagają mniej formalności i zapewniają bardziej przewidywalną produkcję energii.³ W przypadku wysokiego całorocznego zapotrzebowania na energię, np. gospodarstwo rolne, przemysł najbardziej efektywnym rozwiązaniem może okazać się system hybrydowy, w którym turbina wiatrowa uzupełnia instalacje fotowoltaiczną, zwiększając stabilność produkcji energii w zakresie dobowym i rocznym.⁴

Lokalizacja małej turbiny wiatrowej – klucz do opłacalności inwestycji

W przypadku małych elektrowni wiatrowych wybór odpowiedniej lokalizacji ma decydujące znaczenie dla rentowności przedsięwzięcia. Turbina wiatrowa jest znacznie bardziej wrażliwa na lokalne warunki niż elektrownia fotowoltaiczna. Nawet niewielkie różnice w prędkości wiatru mogą powodować bardzo duże zmiany w produkcji energii. Wynika to z faktu, że moc wiatru rośnie w przybliżeniu z trzecią potęgą prędkości wiatru (P ∝ v³). Oznacza to, że gdy wiatr wieje dwa razy szybciej, moc wyjściowa teoretycznie wzrasta ośmiokrotnie.⁵ Najlepsze warunki do montażu małych turbin wiatrowych występują tam, gdzie wiatr może swobodnie przepływać bez turbulencji. W praktyce oznacza to tereny wiejskie, działki położone na wzniesieniach, obszary bez gęstej zabudowy, odległe od wysokiej roślinności. Budynki, drzewa i inne przeszkody terenowe powodują powstanie turbulencji, które nie tylko zmniejszają produkcję ale mogą też przyśpieszyć zużycie turbiny.⁶

Ocena potencjału wiatrowego danej lokalizacji opiera się na kilku podstawowych parametrach takich jak średnia prędkość wiatru, ale również zmienność w ciągu roku, kierunki dominujących wiatrów, częstość występowania silnych podmuchów oraz poziom turbulencji. Najważniejszym z nich jest średnia prędkość wiatru, która w Polsce na wysokości 10 m nad gruntem wynosi od 3 do 6 m/s. Prędkość, przy której elektrownia wiatrowa jest w stanie wygenerować ilość energii bliską lub równą mocy nominalnej dla większości modeli dostępnych na rynku wynosi 12-15 m/s. Prędkość startowa turbin wynosi ok. 3-5 m/s, jednak coraz częściej spotyka się rozwiązania, będące w stanie pracować przy prędkościach zaledwie 1-2 m/s. Istotne parametry to również: rozkład prędkości wiatru w ciągu roku, częstotliwość silnych podmuchów, kierunek dominujących wiatrów, występowanie turbulencji mas powietrza.⁷

Wstępnej oceny potencjału wiatrowego można dokonać na podstawie map wietrzności (np. tych dostępnych w serwisie windy.com lub mapa wiatrów N0AA), które pokazują średnie prędkości wiatru na określonej wysokości nad poziomem terenu. W Polsce najlepsze warunki wiatrowe występują przede wszystkim: na wybrzeżu Bałtyku, w północnej i północno- zachodniej części kraju, na terenach górskich i podgórskich, na otwartym terenie rolniczym centralnej Polski. Mapy wietrzności mają jednak charakter orientacyjny. Przed podjęciem decyzji inwestycyjnej dobrą praktyką jest wykonanie bezpośrednich pomiarów parametrów wiatru przy użyciu masztów pomiarowych z anemometrem.⁸

Najczęstsze błędy przy wyborze lokalizacji małej turbiny wiatrowej

Większość problemów z małymi elektrowniami wiatrowymi wynika z niewłaściwej oceny warunków lokalnych. Do najczęstszych błędów należą:

montaż turbiny zbyt blisko budynków lub drzew (turbulencje i przeszkody),
zastosowanie zbyt niskiego masztu ograniczającego dostęp do stabilnych strumieni wiatru,
podejmowanie decyzji o inwestycji na zbyt ogólnych danych wietrzności, zamiast na wynikach z realnych rocznych pomiarów prędkości wiatru zebranych przy użyciu masztu pomiarowego,
niewłaściwy dobór generatora, wybór turbiny o zbyt dużej lub zbyt małej mocy w stosunku do warunków wiatrowych,
ignorowanie charakterystyki rozruchowej, niektóre turbiny potrzebują silnego wiatru, aby zacząć działać, w obszarach o słabych wiatrach może to skutkować brakiem oczekiwanej generacji w ciągu roku,
wybór urządzeń kierując się wyłącznie ceną, bez analizy jakości, trwałości i dostępności serwisu.

Jednym z najważniejszych parametrów instalacji jest wysokość masztu. Wraz ze wzrostem wysokości prędkość wiatru zazwyczaj rośnie a turbulencje maleją. Różnica nawet kilku metrów może znacząco zwiększyć produkcję energii.⁹

Przepisy dotyczące małych elektrowni wiatrowych w Polsce

Budowa małej elektrowni wiatrowej w Polsce regulowana jest przez kilka aktów prawnych. Najważniejsze z nich to przede wszystkim prawo budowlane, ustawa o odnawialnych źródłach energii, prawo energetyczne, a także przepisy dotyczące ochrony środowiska i planowania przestrzennego. Zakres wymaganych formalności zależy od wysokości masztu, mocy generatora oraz sposobu montażu.

Kiedy turbina wiatrowa nie wymaga pozwolenia ani zgłoszenia?

Najmniejsze instalacje wiatrowe mogą być montowane praktycznie bez formalności budowlanych. Zgodnie z aktualnymi przepisami prawa budowlanego mikroinstalacje wiatrowe o mocy do 50 kW i wysokości do 3 m można instalować bez pozwolenia na budowę i bez zgłoszenia robót budowlanych.

Kiedy wymagane jest zgłoszenie budowlane?

Jeżeli wysokość turbiny przekracza 3 m, ale nie jest większa niż 12 m, inwestycja nie wymaga pozwolenia na budowę, ale konieczne jest zgłoszenie robót budowlanych w starostwie lub urzędzie miasta. Organ ma zazwyczaj 21 dni na wniesienie odwołania. Jeśli nie zgłosi sprzeciwu, inwestycje można realizować.

Kiedy potrzebne jest pozwolenie na budowę?

Pełna procedura budowlana jest wymagana w kilku przypadkach: gdy turbina ma wysokość powyżej 12m, gdy instalacja wymaga fundamentu, gdy montaż powoduje zmianę parametrów konstrukcyjnych budynku. W takim przypadku konieczne jest przygotowanie projektu budowlanego oraz uzyskania decyzji o pozwoleniu na budowę.¹⁰

Kiedy wymagane jest złożenie wniosku o warunki przyłączenia do sieci?

Jeżeli instalacja ma pracować w systemie on-grid, inwestor musi przejść procedurę przyłączeniową u operatora systemu dystrybucyjnego (OSD).

mikroinstalacje do 50 kW – zazwyczaj nie wymagają uzyskania warunków przyłączenia, wystarczy zgłoszenie instalacji po montażu,
instalacje powyżej 50 kW – wymagają uzyskania warunków przyłączenia do sieci przed realizacją inwestycji.

W przypadku mikrosinstalacji prosumenckich operator sieci wykonuje przyłączenie i montuje licznik dwukierunkowy. Koszty przyłącza są zazwyczaj ograniczone lub pokrywane przez operatora. Natomiast przy większych instalacjach inwestor może ponosić koszty przyłącza częściowo lub całkowicie.¹¹

Ograniczenia lokalizacyjne i środowiskowe

Budowa turbiny wiatrowej musi być również zgodna z przepisami dotyczącymi planowania przestrzennego i ochrony środowiska. Oznacza to, że inwestycja może być ograniczona przez: miejscowy plan zagospodarowania przestrzennego (MPZP), decyzję o warunkach zabudowy, przepisy dotyczące ochrony przyrody.

Na terenach objętych ochroną przyrody np. Natura 2000, parkach narodowych czy rezerwatach przyrody – inwestycje mogą wymagać dodatkowych uzgodnień lub być całkowicie zakazane. Również parki krajobrazowe lub uchwały sejmików województw mogą wprowadzać ograniczenia dotyczące wysokości lub lokalizacji turbin. W przypadku większych instalacji może być wymagane przeprowadzenie oceny oddziaływania na środowisko (OOŚ) przed wydaniem pozwolenia na budowę.¹²

Ile energii produkuje mała turbina wiatrowa?

Produkcja z małej turbiny wiatrowej zależy przede wszystkim od lokalizacji i warunków wiatrowych. W przypadku energetyki wiatrowej różnice między dobrą a złą lokalizacją mogą być nawet kilkukrotne. Tabela poniżej przedstawia przykładową produkcję energii z turbin o poziomej osi obrotu.¹³

Moc (kW)	Produkcja kWh/rok	Produkcja kWh/h/kW
5	5 300¹⁴	1 060
500	750 000¹⁵	1 500
1 000	3 000 000¹⁶	3 000

W praktyce jednak rzeczywiste uzyski mogą być nieco niższe. Analizy pokazują, że średnia produkcja z małych turbin w Polsce bywa niewielka, a współczynnik wykorzystania mocy może być bardzo niski w wielu regionach. W Polsce średnia prędkość wiatru na wielu obszarach to jedynie około 2,8 – 3,5 m/s, co oznacza, że tylko niektóre lokalizacje zapewniają dobre warunki dla małych turbin wiatrowych.

Najbardziej wiarygodną metodą oceny potencjału wiatrowego jest pomiar prędkości wiatru w danej lokalizacji – najlepiej przez kilka miesięcy o najniższej wietrzności lub przez cały rok.
W praktyce inwestorzy często korzystają z map wietrzności lub danych meteorologicznych z lokalnych stacji pogodowych. Jednak metody te mogą być obarczone dużym błędem co będzie skutkować niewłaściwym doborem parametrów technicznych turbiny i brakiem oczekiwanej rentowności instalacji.¹⁷

Podsumowanie – kiedy warto zainwestować w małą turbinę wiatrową?

Czy mała turbina wiatrowa opłaca się w Polsce?

Odpowiedź zależy głównie od lokalizacji. W bardzo dobrych warunkach wiatrowych – np. na otwartych terenach północnej Polski, w pasie nadmorskim czy na terenach wyniesionych - turbina wiatrowa może osiągnąć wysoki współczynnik wykorzystania mocy i generować znaczące ilości energii elektrycznej. W wielu innych miejscach gdzie produkcja energii z wiatru jest niewielka, inwestycja może mieć długi okres zwrotu. Turbiny montowane na dachu prawie nigdy nie działają dobrze. Wibracje, turbulencje i niska prędkość wiatru sprawiają, że rzadko są one dobrym wyborem. W praktyce małe turbiny dobrze sprawdzają się w gospodarstwach rolnych, na otwartych terenach wiejskich o dobrej wietrzności oraz w instalacjach hybrydowych z fotowoltaiką, gdzie turbina wiatrowa uzupełnia źródło słoneczne i produkuje energię również zimą i w nocy. ¹⁸

Na co uważać przy zakupie turbiny wiatrowej?

Rynek małych turbin wiatrowych jest stosunkowo młody i niestety zdarzają się oferty oparte na zbyt optymistycznych założeniach produkcji energii. Firmy sprzedające instalacje czasem podają dane dla idealnych warunków wiatrowych, które w rzeczywistości rzadko występują.

Przed podjęciem decyzji zakupowej warto zweryfikować:

czy prognozowana produkcja energii została obliczona dla rzeczywistych warunków wiatrowych w konkretnej lokalizacji,
czy producent udostępnia wiarygodną krzywą mocy urządzenia,
czy projekt instalacji uwzględnia odpowiednią wysokość masztu,
czy urządzenie posiada certyfikaty jakości i dostępny serwis techniczny.

Oferty deklarujące bardzo wysoką produkcję energii przy niskiej prędkości wiatru lub niewielkiej wysokości masztu powinny wzbudzić szczególna ostrożność, w praktyce to właśnie błędna ocena warunków wiatrowych najczęściej prowadzi do rozczarowania inwestorów oraz wydłużonego czasu zwrotu inwestycji.

Źrodła: