Technologie aeroenergetyczne

Z prawdziwą przyjemnością przekazujemy Państwu opracowanie monograficzne Technologie aeroenergetyczne. Naszym zamierzeniem było zaprezentowanie stanu aktualnego i perspektyw rozwoju energetyki opartej na energii wiatru. Jest to zarazem kontynuacja naszych wcześniejszych opracowań związanych z tematyką energetyki odnawialnej: Technologie bioenergetyczne (2009 r.), Technologie geoenergetyczne (2010 r.) oraz Technologie helioenergetyczne (2013 r.).

Pierwszy opis wiatraka używanego do transportowania wody powstał w Indiach 400 lat p.n.e., natomiast 200 lat p.n.e. w Chinach stosowano wiatraki do nawadniania pól uprawnych. Pierwsze zachowane dokumenty na temat wykorzystania energii wiatru w Polsce pochodzą z końca XIII wieku. Koniec XIX wieku to nowy rozdział aeroenergetyki – wykorzystanie wiatraków do produkcji prądu elektrycznego.

Współcześnie obserwuje się prawdziwy rozkwit aeroenergetyki na świecie. Turbiny wiatrowe bowiem nie tylko produkują niemal darmową energię odnawialną, nie przyczyniają się do emisji gazów cieplarnianych, ale także mogą pracować zarówno na lądzie, jak i na morzu. Niewłaściwie zaprojektowane i posadowione wiatraki mogą jednak negatywnie oddziaływać na zdrowie człowieka, środowisko i krajobraz, dlatego aeroenergetykę należy rozwijać zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju.

Autorzy

Słowo wstępne  /  9
Wprowadzenie  /  11

1. Wiatr – powstawanie i rodzaje  / 23
1.1. Wiatr – definicja i mechanizm powstawania  / 23
1.2. Typy wiatrów  / 25
1.2.1. Pasaty  / 25
1.2.2. Monsuny  / 26
1.2.3. Bryza  / 27
1.2.4. Fen  / 29
1.2.5. Inne rodzaje wiatrów  / 30
1.3. Siła wiatru. Skala Beauforta  / 31
Literatura / 34

2. Typy elektrowni wiatrowych  / 37
2.1. Podział elektrowni wiatrowych  / 37
2.2. Pierwsze turbiny produkujące prąd elektryczny  / 38
2.3. Współczesne turbiny o poziomej osi obrotu  / 41
2.3.1. Budowa turbiny o poziomej osi obrotu  / 42
2.4. Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu  / 45
2.5. Turbiny wyposażone w dyfuzor  / 49
2.6. Inne rozwiązania konstrukcyjne turbin wiatrowych  / 50
2.7. Przenośne turbiny wiatrowe  / 55
2.8. Wieża słoneczna  / 58
2.9. Projekty turbin wiatrowych  / 59
2.10. Prognozy dla turbin wiatrowych   / 61
Literatura  / 62

3. Podstawy aerodynamiki wiatraków  / 67
3.1. Zasoby energetyczne wiatru  / 67
3.2. Konstrukcja turbin wiatrowych a wyróżnik szybkobieżności  / 71
3.3. Profile stosowane w konstrukcjach łopat elektrowni wiatrowych  / 73
3.4. Podstawowe pojęcia z aerodynamiki  / 78
3.4.1. Równanie ciągłości  / 79
3.4.2. Prawo Bernoulliego  / 79
3.4.3. Ciśnienie spiętrzenia przed przeszkodą  / 81
3.4.4. Przepływy potencjalne  / 83
3.4.5. Cyrkulacja i ruch wirowy  / 83
3.4.6. Zjawisko Magnusa   / 84
3.4.7. Przepływy burzliwe i warstwa przyścienna   / 85
3.5. Kształt opływowy  / 86
3.5.1. Czołowe parcie wiatru   / 87
3.6. Nacisk wiatru na płaszczyzny ustawione ukośnie   / 88
3.7. Nacisk wiatru na ciała o profi lach opływowych   / 89
3.8. Współczynniki aerodynamiczne   / 90
3.8.1. Doskonałość profilu  / 93
3.9. Siła nośna wybranych profili  / 95
3.9.1. Zagadnienie oporu indukcyjnego  / 97
Literatura  / 99

4. Aeroenergetyka w Polsce  / 105
4.1. Historia wiatraków w Polsce  / 105
4.1.1. Wiatrak koźlak – budowa i zasada działania  / 107
4.1.2. Wiatrak wieżowy – budowa i zasada działania   / 112
4.1.3. Wiatrak paltrak – budowa i zasada działania   / 113
4.1.4. Inne typy wiatraków drewnianych w Polsce   / 115
4.2. Wiatraki w kulturze i religii   / 116
4.3. Skanseny z wiatrakami  / 118
4.4. Warunki wietrzne  / 121
4.5. Potencjał aeroenergetyki   / 125
4.6. Aeroenergetyka w Polsce – stan obecny  / 130
4.6.1. Przemysł i zatrudnienie w polskiej aeroenergetyce   / 134
4.6.2. System wsparcia aeroenergetyki   / 136
4.7. Wymagania formalnoprawne wybudowania elektrowni wiatrowej  / 136
4.8. Ocena oddziaływania elektrowni wiatrowej na środowisko   / 141
4.9. Montaż elektrowni wiatrowej  / 156
4.10. Scenariusze rozwoju aeroenergetyki   / 160
4.11. Aeroenergetyka w Polsce – badania ankietowe  / 162
Literatura  / 163

5. Aeroenergetyka na świecie  / 169
5.1. Żeglarstwo   / 169
5.2. Historia aeroenergetyki na świecie   / 172
5.3. Współczesne wykorzystanie energii wiatru na świecie   / 174
5.4. Rozwój aeroenergetyki morskiej   / 179
5.5. Największe na świecie lądowe farmy wiatrowe  / 182
5.6. Największe na świecie morskie farmy wiatrowe  / 187
Literatura   / 189

6. Oddziaływanie elektrowni wiatrowych na środowisko  / 195
6.1. Wpływ elektrowni wiatrowych na człowieka  / 195
6.2. Wpływ elektrowni wiatrowych na zwierzęta   / 198
6.2.1. Wpływ elektrowni wiatrowych na ptaki   / 198
6.2.2. Wpływ elektrowni wiatrowych na nietoperze  / 201
6.2.3. Wpływ morskich elektrowni wiatrowych na ryby  / 202
6.2.4. Wpływ elektrowni wiatrowych na inne zwierzęta  / 202
6.3. Wpływ elektrowni wiatrowych na krajobraz i mikroklimat   / 203
6.4. Czy warto rozwijać aeroenergetykę?   / 204
Literatura  / 213

Roman Buczkowski

Bartłomiej Igliński

Marcin Cichosz