Rynek odnawialnych źródeł energii rozwija się w szybkim tempie. Jednym z wyzwań na drodze energetycznej transformacji dla krajów takich jak Polska – charakteryzujących się dużą zmiennością czasową i przestrzenną zasobów – jest wdrażanie rozwiązań komplementarnych, w postaci np. małoskalowych turbin wiatrowych (SWT) stanowiących uzupełnienie dla instalacji fotowoltaicznych. Czy zasoby wiatru w Polsce są wystarczające, aby opłacalność ekonomiczna takiego przedsięwzięcia była satysfakcjonująca dla inwestora indywidualnego?
Oprac. Joanna Wieczorek, Jakub Jurasz, Adam Jaczewski i Bogdan Bochenek na podstawie oryginalnego artykułu.
Wyniki analiz międzynarodowego zespołu badawczego przedstawiono w artykule „Energy potential and economic viability of small-scale wind turbines” opublikowanym na łamach magazynu Energy. Zdaniem autorów, bez znaczącego obniżenia kosztów inwestycyjnych – jaki obserwowano w ostatnich latach w sektorze fotowoltaiki – inwestycja w małe turbiny wiatrowe w Polsce prawdopodobnie pozostanie rozwiązaniem niszowym, ekonomicznie opłacalnym tylko w ściśle określonych warunkach. Jednak zastosowanie SWT może mieć znaczenie dla rozwoju systemów hybrydowych, w których szczytowa generacja z różnych źródeł nie pokrywa się ze sobą – takim przykładem może być fotowoltaika, przy uwzględnieniu odpowiedniego azymutu instalacji.
Do ustalenia mocy generowanej przez małe turbiny wykorzystano uśrednioną krzywą mocy reprezentatywnej – zgodnie z wybranym wariantem turbina zaczyna pracować przy prędkości wiatru powyżej 2,5 m/s i wyłącza się przy prędkości 18 m/s. W obliczeniach przyjęto stałą gęstość powietrza wynoszącą 1,2 kg/m3 w całym okresie symulacji. Nie uwzględniano strat spowodowanych pracą falownika, okablowaniem, awariami i degradacją sprzętu. W analizach wykorzystano pomiary prędkości wiatru na wysokości 10 m n.p.g. z 173 stacji IMGW-PIB z okresu 2018-2023.
Z kolei do symulacji systemów fotowoltaicznych zastosowano narzędzie PV GIS ze Wspólnego Centrum Badawczego (JRC). Źródłem danych o promieniowaniu słonecznych była baza SARAH3. Systemy fotowoltaiczne zamodelowano z kątem nachylenia 30° i azymutem skierowanym na południe, maksymalizując wytwarzanie energii słonecznej przez fotowoltaikę. Do analizy wzięto pod uwagę moduły fotowoltaiczne z krzemu krystalicznego, przy czym ogólne straty systemu, w tym czynniki takie jak zacienienie i temperatura, przyjęto na poziomie 14%. Wytwarzanie energii fotowoltaicznej zostało zamodelowane z rozdzielczością godzinową dla kilku lokalizacji wybranych na podstawie warunków wiatrowych, które uznano za korzystne (CF > 10%).
Najważniejsze wnioski i wyniki symulacji
- Warunki wiatrowe na wysokości 10 m nad poziomem terenu są zazwyczaj bardzo niekorzystne dla turbin wiatrowych. Średni współczynnik wydajności dla wszystkich lokalizacji w latach 2018-2023 wynosił 328 kWh/kW – trzy razy mniej niż wartość wydajności dla systemów fotowoltaicznych w Europie Środkowej.
- Lokalizacje o bardzo niskim współczynniku mocy wykazują również niskie wskaźniki zużycia własnego. W przypadku większości systemów o średnim współczynniku wydajności przekraczającym 5 proc., zużycie własne waha się od 20 do 40 proc. W lokalizacjach wykorzystujących energię wiatrową, gdzie współczynnik mocy przekracza 10 proc., zużycie własne waha się od 25 do prawie 55 proc. w najbardziej wietrznych miejscach.
- Małe turbiny wiatrowe charakteryzuje mniejsza zależność od sieci elektrycznej. Natomiast z racji tego, że generacja małych i dużych turbin wiatrowych jest silnie skorelowana, korzyści wynikające z produkcji energii we własnej instalacji będą znikome, jeśli energię z sieci będzie można kupić taniej korzystając z taryf dynamicznych.
- Poziom uśrednionego aktualnego kosztu energii (LCOE) dla małych turbin wiatrowych w Polsce jest znacznie wyższy niż dla instalacji fotowoltaicznych. Nawet w najbardziej optymistycznym scenariuszu, zakładającym bardzo niskie koszty inwestycyjne, LCOE wynosi co najmniej 0,23 EUR/kWh.
W artykule zwrócono uwagę na istotne ograniczenia analizy wynikające z wykorzystania jedynie danych ze stacji IMGW-PIB, które mogą nie być w pełni reprezentatywne dla większego obszaru. Autorzy podkreślają, że specyficzne miejsca, np. położone na wzniesieniach terenu, mogą charakteryzować się znacznie lepszymi warunkami wietrznymi niż te rejestrowane przez stacje zlokalizowane zwykle na terenach nizinnych i otwartych. Badacze zalecają, aby przed podjęciem decyzji inwestycyjnej w przydomowe turbiny wiatrowe przeprowadzić indywidualne pomiary prędkości wiatru oraz analizę ekonomiczną przedsięwzięcia. Wskazują też rozwagę przy projektowaniu systemów wsparcia publicznego. Jest ona niezbędna, aby uniknąć subsydiowania instalacji w lokalizacjach o niskim potencjale energetycznym. W ocenie autorów, bez znaczącego obniżenia kosztów lub wprowadzenia ukierunkowanych zachęt ekonomicznych, przydomowe turbiny wiatrowe będą raczej rozwiązaniem niszowym niż szeroko stosowaną alternatywą dla fotowoltaiki.
