Uniwersalna siłownia wiatrowa
Wiatrakowe agregaty pompowe
Siłownia wiatrowa do ogrzewania
Profesjonalna elektrownia wiatrowa
 

Siłownie wiatrowe w polskich gospodarstwach rolnych mają ciągle rzadkie zastosowanie. Jest to spowodowane wysoką ceną urządzeń, brakiem narodowego programu promowania czystej energii. Jak widać rząd nie ma zamiaru zmniejszać zadeklarowanej w Kioto emisji dwutlenku węgla poprzez zwiększanie udziału w bilansie energetycznym kraju energii uzyskanej z wiatru.
Przed pierwszą wojną światową bardzo duże zastosowanie miały siłownie wiatrowe jako zródło energii do napędu pompy wodnej, jak również do wytwarzania energii elektryczne. W tamtych czasach był to jedyny sposób na elektryfikację farmy. W Polsce siłownie wiatrowe jako typowe wiatraki były stosowne do napędzania młynów, aż do czasu elektryfikacji wsi. Wtedy niszczały wszelkie wiatraki, gdyż były mało wydajne i praca w nich zależała od prędkości wiatru.

W procesach rolniczych, przetwórstwa rolno-spożywczego, drobnym przemyśle zlokalizowanym na terenach wiejskich oraz gospodarstwach domowych energia wiatru może być wykorzystywana do:

• ogrzewania pomieszczeń inwentarskich i domowych,
• grzania wody technologicznej i dla gospodarstw domowych,
• napędu urządzeń technologicznych i innych w okresie występujących większych prędkości wiatru, np. napędu wentylatorów do suszenia ziarna i siana, urządzeń do przygotowania pasz, urządzeń do natleniania gnojowicy itp.
• napędu pomp wodnych dla pozyskania wody, nawadniania, odpomopowywania wód depresyjnych itp.
• napędu kompresorów do natleniania wód w zbiornikach chowu ryb w jeziorach i innych ujęciach wodych.

• energochłonność skumulowana produkcji energii elektrycznej w elektrowniach wiatrowych wynosi ok. 3,5 - 4 MJ/1kWh, zaś w elektrowniach cieplych opalanych węglem ponad 13,0 MJ/1kWh,
• 2/3 rocznej produkcji energii elektrycznej uzyskuje się w okresie pięciu miesięcy grezwczych, tj. w okresie listopad - marzec,
• przy produkcji energii elektrycznej w elektrowniach wiatrowych nie ma szkodliwych zanieczyszczeń,
• nieograniczone zasoby energii wiatru,
• krótki okres budowy i montażu,
• możliwość budowy elektrowni wiatrowej o mocach do około 20 kVA tanio, systemem godpodarczym.

Pan mgr inż. Tadeusz Kukla z IBMER Warszawa proponuje budowę siłowni wiatrowej systemem gospodarczym. Oczywiście podstawowym kryterium budowy takie siłowni będzie średnioroczna prędkość wiatru na wysokości 10 m, gdyż na takiej wysokości ma znajdować się oś wirnika. Prędkość ta powinna wynosić nie mniej niż 4 m/s. Do budowy średniobieżnej siłowni wiatrowej wykorzystuje się materiały i urządzenia  przecenione, użytkowane ale pełnowartościowe, np. wieże z dzwigów budowlanych, przekładnie - tylne mosty dużych samochodów ciężarowych, prądnice z dzwigów samochodowych lub agregatów prądotwórczych, itp. W ten sposób budowa systemem gospodarczym znaczanie obniża koszty wykonania.

Rysunek uniwersalnej siłowni wiatrowej:
1. Wirnik, 2. Przekładnia kątowa górna, 3. Płyta nośna głowicy, 4. Wał pionowy - przeniesienie napedu, 5. Ster główny, 6. Przekładnia kątowa dolna, 7. Wieża kratowa, 8. Kontener - maszynownia, 9. Fundament, 10. Ster boczny.

Przebieg budowy siłowni wiatrowej powinien wyglądać następująco:
- należy przeprowadzić rozpoznanie w celu nabycia poszczególnych podzespołow i materiałów;
- wykonać rysunek wstępny siłowni wiatrowej i zakupić potrzebne materiały i podzespoły;
- w oparciu o zakupione matriały i podzespoły wykonać dokładny zestawieniowy rysunek techniczny, z którym należy skonsultować się z uprawnionym specjalistą;
- przed wykonaniem fundamentu należy wybrać najlepsze miejsce ustawienia siłowni mając na uwadze dane kryteria umieszczone na poniższym rysunku;
- po wybraniu miejsca nalezy uzyskać zgodę na lokalizację siłowni wiatrowej miejscowych władz urbanistycznych;
- po wykonaniu siłowni wiatrowej i ustawieniu na fundamencie należy zabezpieczyć obiekt przed niepowołanymi osobami.

Kryteria ustawienia siłowni wiatrowej

Wydajność energetyczna siłowni wiatrowej jest następująca:
-  4 m/s - 0,5 kW
-  8 m/s - 4,0 kW
- 12 m/s - 13,0 kW
- 15 m/s - ok. 20 kW

Produkcja energi elektryczne może osiągnąć wielkości:
-  4,0-4,5 m/s - 6250 kWh/rok
-  4,5-5,0 m/s - 9370 kWh/rok
-  5,0-6,0 m/s - 12500 kWh/rok

Wiatrakowe agregaty pompowe

Wiatrakowe agregaty pompowe przeznaczone są do pompowania, rekultywacji i napowietrzania wody zbiorników wodnych, szczególnie jezior, stawów rybnych oraz zbiorników stabilizacyjnych oczyszczalni ścieków. Urządzenia tego typu powinny być stosowane tam, gdzie jest zachwianie równowagi biologicznej spowodowane zanieczyszczeniami organicznymi, chemicznymi, nadmiernym rozwojem glonów i roślinności wodnej. Rozkład substancji organicznych w środowisku wodnym powoduje zwiększenie zapotrzebowania na tlen, gdy zostanie on wyczerpany pozostała fauna i flora obumiera i zaczyna wchodzić stopniowo w proces gnilny. Tworzy się wówczas strefa beztlenowa i powstaje poważne zagrożenie dla środowiska naturalnego, zdrowia ludzi i zwietząt. Urządzenia te powinny być stoswane również tam gdzie występuje duże zapotrzebowanie na tlen (w zbiornikach wodnych) ze względów ekologicznych, jak i technologicznych, do których można zaliczyć również intensywną hodowlę ryb. Brak tlenu jest jednym z podstawowych czynników ograniczających możliwość zwiększenia wydajności produkcyjnej, do których przede wszystkim należy zaliczyć:

• zmniejszenie płodności, uniemożliwienie tarła oraz zahamowanie rozwoju ikry i wylęgu ryb,
• ograniczenie pobierania, trawienia i wykorzystania pokarmu,
• wymieranie organizmów wodnych stanowiących pokarm dla ryb,
• ograniczenie aktywności ruchowej i wędrówek ryb,
• pojawienie się przyduchy w okresie zimowym, jak i letnim, powodującej masowe śnięcie ryb i straty w produkcji.

Przedstawię dwa projekty pompowni wiatrowych, jeden stacjonalny WP-3 z natleniaczem siatkowym NS typowo do stawów rybych, drugi wiatrakowy agregat pompowy WAP-3,3.

WP-3

Pompownia wiatrowa WP-3 służy do pompowania wody do stawu rybnego oraz jej natleniania. Siłownia została przebadana w 1992 r. przy pompowaniu wody z rzeki do stawu i pompowaniu wody ze stawu do stawu w celu natleniania.
Poniższy wykres przedstawia rezultaty pracy pompowni.

Pompownia posiada automatyczny układ naprowadzania na wiatr oraz zabezpieczenie przeciwburzowe.

WAP-3,3

Jest to urządzenie służące rekultywacji i napowietrzaniu zbiorników wodnych. Zaletą tej pompowni jest  możliwość umieszczenia jej, w każdym miejscu danego zbiornika, gdyż jest ona pływająca. Pływakami są beczki dające odpowiednią wyporność.

Cały zespół pływający jest kotwiczony do dna na odpowiednio długiej linie, pod działaniem wiatru samoczynnie przemieszcza się po żądanym obszarze awenu, co dodatkowo zwiększa skuteczność napowietrzania. Jednostkę napędową stanowi silnik wiatrowy w postaci wirnika z łopatami zamocowany na konstrukcji wsporczej. Przekazanie napędu następuje przez przekładnię kątową umieszczoną w głowicy oraz pionowy wał do nieco zanurzonej pod powierzchnią wody pompy diagonalnej. Końcowy odcinek wału zanurzony w wodzie oraz pompa wykonane sš ze stali odpornej na korozję. Trzy pływaki, każdy po dwie beczki utrzymują całą konstrukcję nad powierzchnią wody. Zapełnienie jednej z beczek nie powoduje ani przewrócenia, ani zatonięcia. Odpowiednia konstrukcja pompy oraz wirnika wiatraka sprawiają, że zbędne okazało się użycie regulatora ograniczającego prędkość obrotową wirnika, przy wiatrach bardzo silnych. Istota tego rozwiązania polega na tym, że moc pobierana przez pompę, począwszy od pewnej prędkości obrotowej, rośnie szybciej niż dostarczana moc przez wirnik wiatraka. Dzięki orginalnym rozwiązaniom konstrukcyjnym, zbędne okazały się dwa newralgiczne zespoły klasycznej siłowni wiatrowej: układ orientacji do wiatru oraz układ regulacji wirnika.

Siłownia wiatrowa do ogrzewania

Siłownia wiatrowa wykorzystywana do ogrzewania pomieszczeń lub wody użytkowej nie różni się niczym od elektrowni wiatrowej. Jednakże zainstalowanie elektrowni wiatrowej nawet niewielkiej mocy wiąże się ze znacznymi  nakładami finasowymi. Dlatego większość siłowni wykorzystywanych do ogrzewania budowana jest systemem gospodarczym. Zaletą takiego systemu jest niska cena wytworzenia, brak konieczności ubiegania się o umowę z Zakładem Energetycznym. Wielkość projektu zależy od możliwości finansowych twórcy. W budowie siłownia wiatrowa o osi poziomej składa się z wieży (najczęściej kratowej), wirnika (o różnej liczbie łoat zależnej od projektu), steru i prądnicy. Prądnica najczęściej mocy 10 - 20 kW umieszczona jest  w głowicy siłowni. Przykładem takiej konstrukcji jest siłownia u pana Gustawa Wandasa z miejscowości Dubiecko. Pan Gustaw samodzielnie skonstuował i wybudował swój wiatrak, w którym użył prądnicy samowzbudnej, 8-biegunowej dostarczającej prąd o wysokim napięciu 380 V. Prądnica ta w okesie grzewczym zasila system grzałek podgrzewających wodę w piecu akumulacyjnym umieszczonym w piwnicy budynku. Do pieca akumulacyjnego podłączony jest też piec węglowy. Stworzenia takiego systemu ogrzewania dało właścicielowi 40% ciepła potrzebnego do ogrzania domu. W okresie letnim energia wiatru wykorzystywana jest do podgrzewania wody użytkowej.

Profesjonalna elektrownia wiatrowa

Profesjonalna elektrownia wiatrowa czyli taka, która została wykonana w zakładzie specjalizującym się budową tego typu urządzeń i jest podłączona do sieci energetycznej. Jednym z pierwszych, który podjął się zbudowania takiej elektowni w celu sprzedawania czysto pozyskanej energii był pan Piotr Kokoszka. Na wybudowanie profesjonalnej siłowni wiatrowej o mocy 160 kW trzeba zgromadzić dużo środków finansowych i jeszcze więcej cierpliwości. Pan Kokoszka do rozpoczęcia inwestycji we wsi Wrocki potrzebował roku czasu na zebranie dokumentacji, wszelkich zezwoleń, zaświadczeń i prawie 13 tys. złotych. Do formalności należało uzyskanie kredytu preferencyjnego na 12% z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska oraz dotacji z Ekofunduszu. Do wybudowani elektrowni pan Kokoszka potrzebował w 1995 roku 3,2 mld starych złotych. Warunkiem uzyskania kredytu i dotacji były pozwolenie na budowę z Urzędu Gminy, zatwierdzone projekty techniczne, umowa z Zakładem Energetycznym na odbiór nadwyżki energii oraz pozytywna opinia Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska. Dodatkowymi kosztami było wybudowanie stacji transformatorowej oraz przygotowanie zgodnie z projektem fundamentu pod 30 metrowej wysokości wiatrak. Według szacunków rolnika inwestycja powinna się zwrócić w ciągu 7 - 8 lat. Koszty konserwacji i eksploatacji elektrowni wiatrowej są niskie, poza tym urządzenie nie potrzebuje jakiegokolwiek dozoru pracownika, całością steruje urządzenie komputerowe.