Historia wykorzystania wiatru do celów energetyki zawodowej na terenach Podkarpacia rozpoczęła się w 1994 r. Od października 1994 r. prof. dr hab. inż. Ireneusz Soliński rozpoczął podstawowy, tzw. roczny pomiar parametrów wiatru w okolicach Przełączy Dukielskiej. Pozytywne wyniki badań były podstawą do powstania farm wiatrowych w Łękach Dukielskich (10 MW), Rymanowie (26 MW) oraz w Bukowsku (18 MW). Artykuł przedstawia historię pierwszych badań warunków wiatrowych na Podkarpaciu, historię budowy pierwszej farmy wiatrowej w Łękach Dukielskich, która była w swoim czasie pierwszą profesjonalną farmą wiatrową w Polsce południowo-wschodniej oraz okres zmian własnościowych, które doprowadziły do przejęcia farm wiatrowych, w październiku 2011, przez szwedzką firmę Ikea. W kolejnej części opisana została charakterystyka miejsca inwestycji oraz przytoczone zostały dane na temat warunków wiatrowych, które doprowadziły do nazywania Przełęczy Dukielskiej „Polską Kalifornią Wiatrową”. Ostatnia część artykułu poświęcona jest strategiom rozwoju energetyki wiatrowej na terenie całego Podkarpacia.
Pierwsze pomiary prędkości i energii wiatru w okolicach Dukli
Pierwsze profesjonalne pomiary prędkości wiatru mające zastosowanie w energetyce wiatrowej odbyły się w latach 1994 – 1995. Badaniami kierował prof. dr hab. inż. Ireneusz Soliński. Dzięki wykonanemu przez pracowników Katedry Elektroniki Wydziału Elektrotechniki, Elektroniki, Automatyki i Telekomunikacji AGH systemowi pomiarowemu możliwe było wykonanie podstawowego, całoroczny cyklu pomiarowego. Wszystkie zebrane dane poddano obróbce w programie komputerowym WAsP. Rezultaty pomiarów potwierdziły wcześniejsze przypuszczenia, które mówiły o swoistej anomalii wiatrowej. Anomalii, która powodowała, iż zlokalizowane w okolicy stacje meteorologiczne nie rejestrowały wysokich prędkości wiatru, a które w Przełączy Dukielskiej występowały. Wyniki pomiarów przedstawia rys. 1.
Rys. 1. Średniomiesięczne prędkości wiatru
Źródło: opracowanie własne.
Profesjonalna analiza danych z Łęk Dukielskich pozwoliła określić najważniejsze dla energetyki wiatrowej parametry [1]:
- średnioroczną prędkość wiatru na wysokości 30 m: 6,16 m/s,
- parametry rozkładu Weibulla na wys. 30 m: A = 6,7, k = 1,33.
- gęstość mocy wiatru: 436 W/m²
Tak korzystne wyniki badań były motorem do rozpoczęcia dalszych badań w rejonie przełączy Dukielskiej. Kolejne maszty pomiarowe stanęły w Jasionce, Rymanowie i Barwinku. Rys. 2 przedstawia lokalizacje pierwszych masztów pomiarowych w wyżej wymienionych miejscowościach.
[1] Soliński I., Soliński B., Przełęcz Dukielska „Polską Kalifornią Wiatrową”, Czysta Energia nr. 5(33)/2004
Rys. 2. Umiejscowienie pierwszych masztów pomiarowych w okolicach Dukli
1 – Dukla I, 2 – Dukla II, 3 – Rymanów, 4 – Jasionka
Źródło: opracowanie własne.
W latach 1996 – 1997 przeprowadzono cykl pomiarowy w rejonie Barwinka oraz w latach 1998 – 2000 w okolicach Rymanowa. Drugi maszt w okolicach Dukli, który został uruchomiony w 2000 r. tylko potwierdził wcześniejsze wyniki. Od konferencji zorganizowanej w Rymanowie w 1999 pt. „Wykorzystanie wiatru do produkcji energii elektrycznej w warunkach Beskidu Niskiego i województwa podkarpackiego” przyjęło się nazywać region Przełączy Dukielskiej „Polską Kalifornią Wiatrową”.
Budowa farmy wiatrowej w Łękach Dukielskich
Budowa farmy wiatrowej w Łękach Dukielskich została ukończona w 2009 r. Sama farma (rys. 3) mieści się na dwóch pasmach górskich (ok. 400 m n.p.m.) w pobliżu wsi Wietrzno. Farmę zbudowała Spółka „Inwestycje Wiatr-Projekt” z Rybnika. Pierwsze plany dotyczące farmy mówił o pięciu turbinach NEG-MICON o mocy 1500 kW, ostatecznie zdecydowano się na turbiny REpower MM92 o mocy 2050 kW. Wyprodukowana energia elektryczna dostarczana jest do oddalonego o 7 km GPZ-etu w Iwoniczu Zdroju. Same turbiny posiadają wirnik o średnicy 92,5 m. [1] Wysokość zamontowanej wierzy to 100 m. Samą produkcję energii elektrycznej zaczynają od prędkości 3,0 m/s. Prędkość, przy której osiągają znamionową moc to 12,5 m/s. Prędkość odcięcia, (przy której turbina przestaje produkować energie elektryczną) to 24,0 m/s. Powierzchnia zagarniania turbiny to 6648 m², a trójłopatowy wirnik waży 40,7 tony. O nowoczesności konstrukcji świadczy klasa wiatru IEC Ila oraz zastosowana regulacja mocy „active pitch regulation”.
[1] www.thewindpower.net/turbine_en_15_repower_mm92.php – data dostępu 06/10/2015
Rys. 3. Ukształtowanie terenu Łęk Dukielskich z zaznaczeniem lokalizacji farmy wiatrowej i masztu pomiarowego
Źródło: opracowanie własne.
Farmy wiatrowe w Bukowsku i Rymanowie
Spółka „Inwestycje Wiatr-Projekt”, która oddała do użytku farmę wiatrową w Łękach Dukielskich sprzedała ją portugalskiej firmie „Martifer Renewables S.A.”. Chcąc efektywniej wykorzystywać warunki wiatrowej w rejonie Przełączy Dukielskiej „Martifer Renewables S.A.” zbudowała i oddała do użytku w 2011 r. farmę wiatrową Bukowsko. Znajduje się ona na terenie wsi Bukowsko, 5 km od centrum wsi, na Górze Wyszylas (590 m n.p.m.). W jej skład wchodzi 9 turbin wiatrowych REpower MM92 (takich samych jak na farmie wiatrowej w Łękach Dukielskich). Jedyna różnica to zastosowanie 80-cio metrowych wierz, na których znajduje się wirnik. Sama moc znamionowa farmy to 18,4 MW
W piątek 30 września 2011 roku „IKEA Retail Sp. z o.o.” nabyła dwie działające farmy wiatrowe od grupy Martifer (farmę wiatrową w Łękach Dukielskich oraz Rymanowie) [1]. Zobowiązała się także wykupić budowaną farmę wiatrową w Rymanowie. Jak czytamy w wypowiedzi Waltera Kadnara, dyrektora sieci sklepów IKEA w Polsce: „Zakup farm wiatrowych w Polsce stanowi kolejny krok IKEA w stronę realizacji jednego z naszych długofalowych celów środowiskowych, jakim jest pozyskiwanie i korzystanie wyłącznie z odnawialnych źródeł energii. Wierzymy, że w przyszłości również w Polsce uda nam się wykorzystać generowaną w ten sposób energię do zasilania naszych sklepów. Zrównoważony rozwój oraz podejmowanie działań proekologicznych są integralną częścią naszej strategii i wyrazem naszej wizji, jaką jest tworzenie lepszych warunków życia dla wielu ludzi”3.
Zakupiona przez „IKEA Retail Sp. z o.o.” farma wiatrowa w Rymanowie została oddana do użytku w 2013 r. Farma składa się z 13 elektrowni wiatrowych REpower MM92. Jest ona największą farmą wiatrową w „Polskiej Kalifornii Wiatrowej”, jej moc znamionowa to 2660 kW.
Lokalizacje wszystkich farm obrazuje rys. 4.
[1] www.ikea.com/ms/pl_PL/press_room/Informacja_prasowa_farmy_wiatrowe.pdf – data dostępu 06/10/2015
Rys. 4. Umiejscowienie farm wiatrowych
1 – Łęki Dukielskie, 2 – Bukowsko, 3 – Rymanów
Źródło: opracowanie własne.
Warunki wiatrowe na południowym Podkarpaciu
O korzystnych warunkach wiatrowych występujących na południowym Podkarpaciu decyduje wiele czynników. Przede wszystkim samo kształtowanie terenu: teren pagórkowaty, otwarty na kierunek południowy i południowo-wschodni, z którego jak wskazuje róża wiatrów (rys.5) wiatr wieje z największą prędkością i częstością. Dodatkowym, bardzo korzystnym czynnikiem jest to, iż są to tereny o przeznaczeniu rolniczym oraz niezbyt gęsto zabudowane.
Rys. 5. Róża wiatrów dla lokalizacji w Równem
Źródło: opracowanie własne.
Charakterystyka samych warunków wiatrowych tej części Podkarpacia można dokonać na podstawie porównania warunków wiatrowych z czterech lokalizacji przedstawionych na rys. 1. oraz warunków wiatrowych z miejscowości Lipie położonej w województwie wielkopolskim, w powiecie wrzesińskim, w gminie Miłosław. Aby porównanie było miarodajne dane z Lipia zostały przeliczone w oparciu o wzór Sutona na średniomiesięczne prędkości wiatru na wysokości 10 m (klasa szorstkości 1, współczynnik potęgowy 0,17) [1].
Tab. 1. Średnie miesięczne prędkości wiatru zarejestrowane w różnych punktach pomiarowych w rejonie Lipia i rejonie południowo-wschodniej Polski.
[1] Soliński I. Energetyczne i ekonomiczne aspekty wykorzystania energii wiatrowej, Wyd. Instytutu GSMiE. PAN, Kraków 1999
Źródło: opracowanie własne.
Jak pokazuje tab. 1., najkorzystniejsze warunki na Podkarpaciu występują w Rymanowie. Poniżej tab. 2. przedstawia parametry energetyczne wiatru oraz wydajności energetycznej zlokalizowanej w tych punktach. Dla porównania rocznej produkcji energii elektrycznej wykorzystano metodę średniorocznej prędkości wiatru i rozkładu Weibulla oraz przyjęto do obliczeń turbinę wiatrową NEG Micon NM 60/100 – 1000 kW.
Tab. 2. Parametry energetyczne wiatru zarejestrowane w różnych punktach pomiarowych w rejonie Lipia i Rymanowa
Źródło: opracowanie własne.
Dzięki wyższej średniorocznej prędkości wiatru (6,16 m/s) możemy określić korzystniejszy potencjał energetyczne wiatru dla południowo-wschodniego Podkarpacia w stosunku do Polski środkowej reprezentowanej przez miejscowości Lipie w Wielkopolsce. Stwierdzenie to potwierdza także wyższa gęstość mocy wiatru, roczna wydajność elektrowni wiatrowej o mocy 1 MW oraz roczna wydajność energetyczna z 1 m² powierzchni. Najbardziej istotne zaś są parametry A i k rozkładu Weibulla. Porównując modele Weibulla dla takiej samej średniorocznej prędkości wiatru możemy stwierdzić, iż wiatr na Podkarpaciu, w porównaniu do wiatru w Wielkopolsce, jest bardziej porywisty, pomimo tego, iż częściej występują prędkości wiatru poniżej „prędkości startowej” tzw, „cut-in wind speed”, częściej jednak występują także prędkości powyżej 10m/s, w wyniku czego, w ciągu roku więcej jest godzin, w których elektrownie wiatrowe produkują ilość energii zbliżoną do swojej produkcji maksymalnej. Ten charakterystyczny czynnik powoduje, iż zasadnym wydaje się stwierdzeniem, że „profil” wiatru na Podkarpacia jest bardziej korzystny od „profilu” wiatru w Wielkopolsce.
Rys. 6. Model Weibulla dla Lipia i Rymanowa (średnioroczna prędkość wiatru 6 m/s, wysokość pomiaru 30 m)
Źródło: opracowanie własne.
Rozwój energetyki wiatrowej na Podkarpaciu
W chwili obecnej na terenie województwa podkarpackiego funkcjonują [1]:
- wyżej opisane farmy wiatrowe w; Łękach Dukielskich (10 MW), Rymanowie (26 MW) oraz w Bukowsku (18 MW),
- farma wiatrowa Hnatkowice-Orzechowce k. Przemyśla (gmina Orły), wybudowana w 2008 r. Składa się ona z 6-ciu turbin Gamesa G87 o mocy 2,0 MW, całkowita moc to 12 MW,
- budowana jest farma wiatrowa Galicja w okolicach Łańcuta, która składać się będzie z 27 turbin GE 2.5 o mocy 2,5 MW, całkowita moc to 67,5 MW.
Pomimo tak znacznej mocy zainstalowanej, rozwój energetyki wiatrowej na Podkarpaciu jest niewielki, w stosunku do samych możliwości związanych z potencjałem energetycznym wiatru w tym rejonie.
Do silnych stron energetyki wiatrowej na Podkarpaciu należą;
- korzystne warunki wiatrowe,
- stosunkowo rozwinięta infrastruktura sieciowa,
- lokalne zainteresowanie budową elektrowni wiatrowych,
- rozwinięte badania naukowe prowadzone przez prof. dr hab. inż. Ireneusza Solińskiego wraz z zespołem, pozwalające trafniej planować nowe inwestycje,
- pozytywne doświadczenia z pierwszymi farmami wiatrowymi,
- baza naukowa dla badań w zakresie energetyki wiatrowej.
Słabe strony to głównie:
- duża powierzchnia obszarów chronionych, utrudniająca lokowanie elektrowni wiatrowych,
- rozproszona zabudowa,
- pierwszeństwo przesyłu na części linii i GPZ dla ZEW Solina-Myczkowce,
- złożona topografia terenu, słabo rozwinięta infrastruktura sieciowa, słabe instrumenty wsparcia na poziomie regionalnym.
Jednym z kluczowych dla energetyki wiatrowej aspektów są możliwości sieciowe średnich i wysokich napięć, rysunek 7a przedstawia korzystne rejony do podłączenia elektrowni wiatrowych do sieci elektroenergetycznej. W opozycji do warunków przyłączeniowych są warunki środowiskowe reprezentowane przez liczne Parki Narodowe i Krajobrazowe oraz tereny ochrony krajobrazu oraz Natury 2000, rys 7b.
[1] Hybrydowy, wiatrowo-słoneczny system wytwarzania energii elektrycznej, praca zbiorowa pod red. Solińskiego B., Wyd. Agencji Reklamowej TOP, Kraków 2014.
2
Bibliografia
Soliński I., Soliński B., Przełęcz Dukielska „Polską Kalifornią Wiatrową”, Czysta Energia nr. 5(33)/2004
Soliński I., Soliński B., Kłosok P., Lokalizacja 7,5 MW farmy wiatrowej w Dulki, Czysta Energia nr. 9(35)/2004
Soliński I. Energetyczne i ekonomiczne aspekty wykorzystania energii wiatrowej, Wyd.
Instytutu GSMiE. PAN, Kraków 1999
Hybrydowy, wiatrowo-słoneczny system wytwarzania energii elektrycznej, praca zbiorowa pod red. Solińskiego B., Wyd. Agencji Reklamowej TOP, Kraków 2014.
www.ikea.com/ms/pl_PL/press_room/Informacja_prasowa_farmy_wiatrowe.pdf – data dostępu 06/10/2015
www.thewindpower.net/turbine_en_15_repower_mm92.php – data dostępu 06/10/2015
www.pse.pl/index.php?dzid=80&did=23 – data dostępu 06/10/2015
www.gios.gov.pl/stansrodowiska/gios/pokaz_artykul/pl/front/raport_regionalny/podkarpackie – data dostępu 06/10/2015
