AMEW-PL – pierwszy cyfrowy Atlas małej energetyki wiatrowej dla Polski

W ostatnich latach obserwuje się dynamiczny rozwój rynku odnawialnych źródeł energii (OZE), szczególnie w segmencie mikroinstalacji, tj. systemów na które decydują się właściciele małych gospodarstw domowych i podmiotów gospodarczych. Jak jednak wskazują inwestorzy, system rozliczania energii wyprodukowanej przez różnego typu instalacje jest często niekorzystny ze względu na „nieprzewidywalność” poszczególnych źródeł OZE. Opracowany przez IMGW-PIB i Politechnikę Wrocławską cyfrowy Atlas małej energetyki wiatrowej pomoże producentom lepiej zarządzać zasobami i mocami wytwórczymi.

Bardzo popularnym alternatywnym sposobem pozyskiwania energii cieplnej w Polsce jest jej produkcja z zastosowaniem systemów fotowoltaicznych (PV) oraz pomp ciepła. Jednak ze względu na warunki atmosferyczne, jakie panują w naszym kraju – zwłaszcza w chłodnej połowie roku, kiedy suma energii promieniowania słonecznego może nie pokrywać bieżącego zapotrzebowania użytkownika na energię elektryczną – bilans podaży i popytu energii z tych instalacji nie zawsze jest odpowiednio zrównoważony.

W ocenie naukowców z IMGW-PIB i Politechniki Wrocławskiej w okresie zimowym obiecującym i perspektywicznym źródłem „czystej energii” może być energetyka wiatrowa. Wprowadzone w ostatnim czasie zmiany legislacyjne powinny wspomóc realizację takich inwestycji przez podmioty indywidualne. Natomiast podstawowym problemem jest stosunkowo słabe rozeznanie inwestorów w zasobach potencjalnej energii wiatru, zwłaszcza na wysokościach, na których ustawowo[i] możliwe jest instalowanie turbin wiatrowych na cele gospodarstw indywidualnych, tj. od 3 do 12 m nad poziomem gruntu. Dodatkowo entuzjazm potencjalnych inwestorów mogą studzić doniesienia medialne, w których komentowane są statystyki sezonowe w porównaniu do jedynie wybranych okresów i na ich podstawie wyciągane bardzo ogólne i powierzchowne wnioski.

Na obszarze Polski występują stosunkowo niskie oraz średnie prędkości wiatru, ponadto bywają zróżnicowane przestrzennie i czasowo, co rzutuje na całościową ocenę zasobów wiatrowych. Jednakże, w niektórych regionach kraju, zwłaszcza na północy i na wybrzeżu, prędkości wiatru są wystarczająco wysokie, a ich przebieg dobowy i roczny bywa ustabilizowany. Takie warunki dają możliwość efektywnego wykorzystania małych turbin wiatrowych.

Korzystne z punktu widzenia energetyki wiatrowej prędkości wiatru obserwuje się również w wielu mniejszych obszarach, jednakże szczegółowe informacje na ich temat nie są obecnie rozpowszechniane. Baza pomiarów prędkości wiatru, aczkolwiek dobrze udokumentowana i dostępna (dane publiczne IMGW-PIB), ogranicza się do kilkudziesięciu wybranych lokalizacji w Polsce. To silne zróżnicowanie warunków wietrzności powoduje, iż potencjalny inwestor nie jest często w stanie podjąć, ugruntowanej wiarygodnymi obliczeniami, decyzji z zakresu inwestycji w małą energetykę wiatrową. Potrzebuje w tym procesie wsparcia eksperckiego.

Dostępne obecnie atlasy cyfrowe, bazujące na klimatologicznych opracowaniach z interpolacji danych ze stacji pomiarowych, mogą dostarczyć bardzo ogólnych i poglądowych informacji, jednak ich rozdzielczość przestrzenna rzędu kilku kilometrów oraz brak możliwości generowania szeregów czasowych danych do szczegółowej analizy mogą okazać się niewystarczające. Poniższy przykład wskazuje, że zastosowanie danych o wysokiej rozdzielczości rzędu 1 km × 1 km pozwala na wyodrębnienie w regionie obszarów lepiej lub słabiej predysponowanych do wykorzystania na cele małej energetyki wiatrowej. Mapa przeglądowa dostępna jest na stronie IMGW-PIB Centrum Modelowania Meteorologicznego https://cmm.imgw.pl/ (w zakładce „Projekt AMEW-PL”).

Na poniższej grafice prezentujemy mapę energii użytecznej wiatru na poziomie 10 m n.p.g. (opublikowaną w „Atlasie Klimatu Polski”, wydanym pod red. Haliny Lorenc w 2005 roku) w zestawieniu z nowym produktem wykorzystującym dane z modelu nowcastingowego INCA-PL2 (prezentowany przykład obejmuje rok 2019). Prognozy nowcastingowe generowane są na podstawie pól prognostycznych z modelu mezoskalowego AROME oraz aktualnych pomiarów telemetrycznych, przy uwzględnieniu wpływu orografii terenu.

Wykorzystanie danych ze stacji pomiarowych oraz ich uzupełnienie o wyniki modeli systemów prognoz pogody wysokiej rozdzielczości przestrzennej i czasowej pozwala na uzyskanie lepszej reprezentacji rzeczywistych warunków wietrzności na analizowanym obszarze w dobie postępującej zmiany klimatu. Jednocześnie obraz rozkładu pozostaje spójny z opracowaniami bazującymi na danych wieloletnich, np. określonym w publikacji prof. Haliny Lorenc. Powyższe podejście wykorzystano w pracach przy tworzeniu Atlasu małej energetyki wiatrowej 1 km × 1 km (AMEW-PL).

Atlas AMEW-PL będzie pierwszym dla obszaru Polski cyfrowym opracowaniem, powstałym na potrzeby małej energetyki wiatrowej. Od innych dostępnych obecnie atlasów otwartego dostępu, typu GWA czy NEWA, wyróżniać go będzie struktura z wyborem treści, dostarczająca informacji na temat potencjału energii wiatru na poziomach 10 i 30 m nad poziomem gruntu, a także, w nawiązaniu do innych atlasów, również 50, 80 oraz 100 m n.p.g. I co najważniejsze – z rozdzielczością powierzchniową 1 km × 1 km. Atlas w pierwszej wersji opracowany zostanie na podstawie czteroletnich (2019-2022) danych godzinnych pochodzących modelu nowcastingowego INCA-PL 2. Autorzy opracowania zakładają, że szereg czasowy będzie sukcesywnie wydłużany wraz z rozwojem funkcjonalności i dostępności wiarygodnych danych.

Formuła Atlasu zakłada możliwość pobrania pakietu danych w formie raportu średnich (rocznych, miesięcznych, dobowych, godzinowych) lub wybranych szeregów czasowych, uwzględniających zarówno charakterystyki meteorologiczne, jak i techniczne (WPD – teoretyczny potencjał energii wiatrowej, WEP – generowana moc turbiny), w ujęciu dobowym, miesięcznym, sezonowym czy rocznym. We wstępnej wersji Atlasu, analogicznie jak w ogólnodostępnym GWA 3.0, możliwy będzie wybór jednego z trzech wariantów mocy projektowanej turbiny, tj. 3.2, 6.0 lub 8.2 kW mocy zainstalowanej. Wraz z rozwojem narzędzi analitycznych planowane jest udostępnienie rozbudowanych katalogów wyboru wariantów technicznych stosowanych turbin.

W projektowanej wersji 2.0 AMEW-PL podstawowe funkcjonalności uzupełnione zostaną o bieżące analizy i prognozy ultrakrótkoterminowe generowanych mocy z rozdzielczością 1 km × 1 km (na podstawie danych nowcastingowych modelu INCA-PL2) oraz prognozy dotyczące produktywności turbin wiatrowych w przebiegu dobowym – generowane dla każdej lokalizacji w Polsce w horyzoncie czasowym + 30 h/w rozdzielczości 2,5 km oraz 72 h/4.0 km, aktualizowane czterokrotnie w ciągu doby. Pozwoli to użytkownikowi na jeszcze lepsze zarządzanie pracą istniejących już instalacji, np. w celach zwiększania konsumpcji własnej.

Więcej informacji na temat Projektu znaleźć można na stronie Centrum Modelowania Meteorologicznego w zakładce „Projekt AMEW-PL”.

Projekt AMEW-PL realizowany jest przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy we współpracy z Politechniką Wrocławską. Zespołem w składzie: dr B. Bochenek, dr inż. M. Gruszczyńska, M. Grzelczyk, dr A. Jaczewski, dr inż. J. Jurasz, dr A. Mazur, T. Strzyżewski i dr J. Wieczorek, kieruje prof. Mariusz J. Figurski.

[i] Dz.U. 2021 poz. 724, Obwieszczenie Marszałka Sejmu Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 14 kwietnia 2021 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu ustawy o inwestycjach w zakresie elektrowni wiatrowych.

Oprac. Redakcja.
Zdjęcie główne: Gustavo Quepon | Unsplash.