Pobierz PDF<\/a> (Open Access)<\/p>\n\n\n\nStreszczenie:<\/strong>S\u0142owa kluczowe:<\/strong> panele fotowoltaiczne, turbiny wiatrowe, wod\u00f3r, hydroliza, efektywno\u015b\u0107<\/em><\/em><\/p>\n\n\n\nAbstract:Keywords: <\/strong>solar panels, wind turbines, hydrogen, hydrolysis, efficiency<\/em><\/p>\n\n\n\n1. Wst\u0119p<\/h3>\n\n\n\n W ostatnich latach mo\u017cna zauwa\u017cy\u0107 wyra\u017any rozw\u00f3j i zwi\u0119k\u00adszon\u0105 popularno\u015b\u0107 stosowania instalacji odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii. Rosn\u0105ce zapotrzebowanie na energi\u0119 i jednoczesna ko\u00adnieczno\u015b\u0107 ograniczenia emisji gaz\u00f3w cieplarnianych sprawiaj\u0105, \u017ce OZE staj\u0105 si\u0119 jednym z najwa\u017cniejszych element\u00f3w wsp\u00f3\u0142cze\u00adsnej gospodarki energetycznej.<\/p>\n\n\n\n
Dynamiczny rozw\u00f3j odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii wynika min. ze wzrostu cen energii, coraz wi\u0119kszego zapotrzebowania na energi\u0119 oraz konieczno\u015bci ograniczenia negatywnego oddzia\u0142y\u00adwania energetyki na \u015brodowisko naturalne. Instalacje fotowol\u00adtaiczne i turbiny wiatrowe s\u0105 najcz\u0119\u015bciej wybieranym rozwi\u0105\u00adzaniem do produkcji energii. Technologie te maj\u0105 wsp\u00f3lny cel \u2013 produkcj\u0119 energii w spos\u00f3b przyjazny dla \u015brodowiska. Przy czym nale\u017cy wzi\u0105\u0107 pod uwag\u0119 fakt, i\u017c technolog te charakteryzu\u00adj\u0105 si\u0119 odmiennymi wymaganiami technicznymi, kosztami inwe\u00adstycyjnymi oraz efektywno\u015bci\u0105. Efektywno\u015b\u0107 jest uzale\u017cniona od warunk\u00f3w lokalnych takich jak si\u0142a wiatru, czy nas\u0142onecznienie. Pod uwag\u0119 nale\u017cy wzi\u0105\u0107 fakt, i\u017c w Polsce nas\u0142onecznienie i si\u0142a wiatru r\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119 od siebie w zale\u017cno\u015bci od regionu.<\/p>\n\n\n\n
Celem niniejszego artyku\u0142u jest nie tylko por\u00f3wnanie technolo\u00adgii turbiny wiatrowej i instalacji fotowoltaicznych, ale tak\u017ce oce\u00adna ich przydatno\u015bci w kontek\u015bcie zasilenia elektrolizera w pro\u00addukcji wodoru.<\/p>\n\n\n\n
1.1. Cel analizy i metodyka bada\u0144<\/h3>\n\n\n\n G\u0142\u00f3wnym celem niniejszego artyku\u0142u jest techniczno\u2013ekonomiczna analiza por\u00f3wnawcza stosowania paneli fotowoltaicznych i turbin wiatrowych o mocy 1 MW. Analiza pos\u0142u\u017cy do podj\u0119cia decyzji przy wyborze optymalnego \u017ar\u00f3d\u0142a energii elektrycznej, kt\u00f3ra b\u0119dzie produkowana na potrzeby w\u0142asne u\u017cytkownika.<\/p>\n\n\n\n
Wyb\u00f3r konkretnej technologii odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii musi by\u0107 oparte na analizie, kt\u00f3ra obejmuje nak\u0142ady inwestycyjne, koszty eksploatacji, a tak\u017ce efektywno\u015b\u0107 wytwarzania energii elektrycznej, kt\u00f3re wynika z lokalnych uwarunkowa\u0144 klimatycznych.<\/p>\n\n\n\n
Wykorzystana metodyka pozwoli\u0142a uzyska\u0107 obiektywne por\u00f3wnanie analizowanych technologii odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii w warunkach pogodowych wyst\u0119puj\u0105cych w Odolanowie. W pierwszej kolejno\u015bci zosta\u0142a przeanalizowana literatura fachowa, a tak\u017ce obowi\u0105zuj\u0105ce akty prawne, kt\u00f3re dotycz\u0105 odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii. Przeanalizowane zosta\u0142y tak\u017ce warunki klimatyczne dla analizowanego regionu.<\/p>\n\n\n\n
Techniczno\u2013ekonomiczn\u0105 analiz\u0119 przeprowadzono wed\u0142ug poni\u017cszych za\u0142o\u017ce\u0144 badawczych:<\/p>\n\n\n\n
\ninstalacja fotowoltaiczna oraz turbiny wiatrowe maj\u0105 por\u00f3wnywaln\u0105 moc,<\/li>\n\n\n\n zosta\u0142o przyj\u0119te, \u017ce wyprodukowana energia elektryczna jest wykorzystywana na potrzeby w\u0142asne, bez uwzgl\u0119dnienia<\/li>\n\n\n\n sprzeda\u017cy energii,<\/li>\n\n\n\n zosta\u0142y u\u015brednione ceny energii elektrycznej w ca\u0142ym okresie analizy co umo\u017cliwia por\u00f3wnanie tych technologii<\/li>\n\n\n\n w jednolitych warunkach ekonomicznych,<\/li>\n\n\n\n analiza obejmuje nak\u0142ady inwestycyjne (CAPEX) oraz koszty eksploatacji (OPEX) ponoszone w trakcie eksploatacji,<\/li>\n\n\n\n uzysk energetyczny zosta\u0142 obliczony na podstawie warunk\u00f3w klimatycznych, wyst\u0119puj\u0105cych w danym regionie. Podstaw\u0105 do wykonania oblicze\u0144 s\u0105 \u015br\u00f3droczne dane meteorologiczne, kt\u00f3re dotycz\u0105 nas\u0142onecznienia i pr\u0119dko\u015bci wiatru.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n2. Podstawy teoretyczne odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii<\/h3>\n\n\n\n2.1. Charakterystyka odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii<\/h5>\n\n\n\n Odnawialne \u017ar\u00f3d\u0142a energii wykorzystuj\u0105 naturalne zasoby. Zasoby te odnawiaj\u0105 si\u0119 w spos\u00f3b ci\u0105g\u0142y b\u0105d\u017a w kr\u00f3tkim czasie
Nale\u017cy zwr\u00f3ci\u0107 uwag\u0119 na fakt, i\u017c odnawialne \u017ar\u00f3d\u0142a energii s\u0105 istotnym elementem w obecnie funkcjonuj\u0105cym systemie energetycznym w kontek\u015bcie negatywnego wp\u0142ywu dzia\u0142alno\u015bci przemys\u0142owej na \u015brodowisko naturalne, a tak\u017ce w kontek\u015bcie stale rosn\u0105cych cen energii elektrycznej. Rozw\u00f3j tego sektora ma wp\u0142yw na rozw\u00f3j nowych technologii, a co za tym idzie rozwija si\u0119 rynek pracy. Odnawialne \u017ar\u00f3d\u0142a energii maj\u0105 r\u00f3wnie\u017c istotny wp\u0142yw na bezpiecze\u0144stwo energetyczne kraju za spraw\u0105 zmniejszonej zale\u017cno\u015bci od importowanych paliw. Istotnym jest to, \u017ce zastosowanie OZE w przedsi\u0119biorstwach wymaga wykonania indywidualnej analizy techniczno-ekonomicznej w celu doboru najbardziej op\u0142acalnego i dopasowanego do zu\u017cycia \u017ar\u00f3d\u0142a energii. W warunkach przemys\u0142owych odnawialne \u017ar\u00f3d\u0142a energii mog\u0105 stanowi\u0107 uzupe\u0142nienie zasilania z sieci elektroenergetycznej co powoduje redukcje koszt\u00f3w energii oraz zwi\u0119kszenie niezale\u017cno\u015bci energetycznej.<\/p>\n\n\n\n
Technologia fotowoltaiczna opiera si\u0119 na konwersji promieniowania s\u0142onecznego na energi\u0119 elektryczn\u0105. Proces konwersji odbywa si\u0119 w ogniwie fotowoltaicznym. W\u00f3wczas, gdy do panela fotowoltaicznego nast\u0119puje rozdzielenie p\u00f3\u0142przewodnik\u00f3w typu p-n, a r\u00f3\u017cnica potencja\u0142\u00f3w elektrycznych powoduje, \u017ce nast\u0119puje przep\u0142yw pr\u0105du po uprzednim zamkni\u0119ciu obwodu elektrycznego [1]. <\/p>\n\n\n\n
Instalacje fotowoltaiczne dziel\u0105 si\u0119 na dwie grupy, tzn. praca w systemie on-grid oraz off-grid. System on-grid jest pod\u0142\u0105czony do krajowej sieci elektroenergetycznej, oznacza to, \u017ce energia wyprodukowana przez instalacje PV jest na bie\u017c\u0105co zu\u017cywana, a nadwy\u017cka energii jest przesy\u0142ana do dystrybutora za ustalon\u0105 op\u0142at\u0105 za 1 kWh. Warto nadmieni\u0107, i\u017c ten rodzaj instalacji nie jest wyposa\u017cany w magazyn energii. Panele fotowoltaiczne w zale\u017cno\u015bci od potrzeb i wielko\u015bci instalacji s\u0105 montowane na gruncie b\u0105d\u017a dachu, po\u0142\u0105czone przewodami, gdzie wytworzona energia jest przesy\u0142ana do falownika, gdzie nast\u0119puje przekszta\u0142cenie z pr\u0105du sta\u0142ego DC na pr\u0105d zmienny AC.<\/p>\n\n\n\n
System off-grid jest to instalacja fotowoltaiczna, kt\u00f3ra nie jest pod\u0142\u0105czona do sieci elektroenergetycznej. Istotnym elementem tego systemu jest monta\u017c magazynu energii. Ze wzgl\u0119du na ilo\u015b\u0107 dni s\u0142onecznych, w kt\u00f3rych instalacja PV ma mo\u017cliwo\u015b\u0107 wyprodukowa\u0107 energi\u0119 elektryczn\u0105 zaleca si\u0119 monta\u017c dodatkowego \u017ar\u00f3d\u0142a energii, tj. agregatu pr\u0105dotw\u00f3rczego.<\/p>\n\n\n\n
Instalacja fotowoltaiczna to system urz\u0105dze\u0144, kt\u00f3ry jest z\u0142o\u017cony z wielu komponent\u00f3w, a ka\u017cdy z nich pe\u0142ni oddzieln\u0105 funkcj\u0119 (rys.1):<\/p>\n\n\n\n
\npanele fotowoltaiczne: s\u0105 to jednostki wytw\u00f3rcze energii, <\/li>\n\n\n\n inwerter: do jego zada\u0144 nale\u017cy konwertowanie wytworzonego pr\u0105du sta\u0142ego DC na pr\u0105d zmienny AC dostosowany do parametr\u00f3w sieci,<\/li>\n\n\n\n konstrukcja wsporcza: system monta\u017cowy paneli PV dostosowany do mocy i wymaga\u0144 u\u017cytkownika,<\/li>\n\n\n\n infrastruktura elektryczna: obejmuje okablowanie, systemy zabezpiecze\u0144, zabezpieczenia przeciwprzepi\u0119ciowe.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\nRys. 1. Budowa instalacji fotowoltaicznej [12]Elektrownie wiatrowe przetwarzaj\u0105 energi\u0119 kinetyczn\u0105 wiatru w energi\u0119 mechaniczn\u0105, kt\u00f3ra jest przekszta\u0142cana na energi\u0119 elektryczn\u0105. Proces przetwarzania energii jest mo\u017cliwy dzi\u0119ki pracy generatora. Nale\u017cy podkre\u015bli\u0107 fakt, i\u017c pr\u0119dko\u015b\u0107 wiatru jest zmienna, a co za tym idzie parametry pr\u0105du r\u00f3wnie\u017c. Dlatego wa\u017cne jest stosowanie przekszta\u0142tnik\u00f3w energoelektrycznych, kt\u00f3re maj\u0105 za zadanie stabilizacj\u0119 amplitudy i cz\u0119stotliwo\u015bci napi\u0119cia, aby dostosowa\u0107 je do warto\u015bci wymaganych w Polsce, tj. 50 Hz i 230V [2].<\/p>\n\n\n\n
Budowa i elementy turbiny wiatrowej (rys. 2):<\/p>\n\n\n\n
\nfundament, <\/li>\n\n\n\n wie\u017ca, <\/li>\n\n\n\n gondola turbiny wiatrowej, <\/li>\n\n\n\n wirnik wraz z \u0142opatami.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\nRys. 2. Budowa turbiny wiatrowej [13] Systemy bezpiecze\u0144stwa odgrywaj\u0105 istotn\u0105 role podczas eksploatacji elektrowni wiatrowych. Turbiny wiatrowe projektuje si\u0119 dla okre\u015blonych pr\u0119dko\u015bci wiatru. Przyj\u0119te jest, i\u017c turbiny wiatrowe nie uruchamiaj\u0105 si\u0119 przy pr\u0119dko\u015bciach w zakresie 2\u20134 m\/s, ze wzgl\u0119du na to, i\u017c energia jest zbyt ma\u0142a do zapewnienia efektywnej pracy urz\u0105dzenia. Wzrost pr\u0119dko\u015bci wiatru wi\u0105\u017ce si\u0119 ze wzrostem wytwarzanej energii elektrycznej do momentu osi\u0105gni\u0119cia przez turbin\u0119 mocy znamionowej. W\u00f3wczas, gdy pr\u0119dko\u015b\u0107 wiatru przekroczy poziom 25\u201330 m\/s turbina automatycznie zostaje wy\u0142\u0105czona. Uk\u0142ad hamulcowy wirnika turbiny wiatrowej, jest istotnym jej elementem, poniewa\u017c zapobiega on uszkodzeniu ca\u0142ej konstrukcji oraz turbiny.<\/p>\n\n\n\n
3. Analiza techniczno-por\u00f3wnawcza<\/h3>\n\n\n\n3.1. Por\u00f3wnanie sprawno\u015bci technologii fotowoltaicznych i turbin wiatrowych<\/h5>\n\n\n\n Analiza por\u00f3wnawcza obu technologii opiera si\u0119 na analizie konwersji energii pierwotnej, tj. promieniowanie s\u0142oneczne, energia wiatru na energi\u0119 elektryczn\u0105. Sprawno\u015b\u0107 okre\u015bla si\u0119 jako stosunek uzyskanej energii elektrycznej do energii dostarczonej do uk\u0142adu. <\/p>\n\n\n\n
Sprawno\u015b\u0107 instalacji fotowoltaicznej jest ograniczona fizycznymi w\u0142a\u015bciwo\u015bciami p\u00f3\u0142przewodnik\u00f3w oraz zjawiskami takimi jak odbicie \u015bwiat\u0142a, straty cieplne. Nowoczesne modu\u0142y monokrystaliczne osi\u0105gaj\u0105 sprawno\u015b\u0107 rz\u0119du 20\u201322% co oznacza, \u017ce wi\u0119kszo\u015b\u0107 energii ulega rozproszeniu [3].<\/p>\n\n\n\n
Standard Test Conditions (STC) s\u0105 to okre\u015blone warunki laboratoryjne, do kt\u00f3rych odnosz\u0105 si\u0119 producenci paneli fotowoltaicznych podaj\u0105c sprawno\u015b\u0107 fotoogniw:<\/p>\n\n\n\n
\nmoc promieniowania s\u0142onecznego \u2013 1000 W\/m2<\/sup> \u2013 warto\u015b\u0107 standardowego promieniowania s\u0142onecznego, kt\u00f3re pada na powierzchni\u0119 ziemi,<\/li>\n\n\n\ntemperatura pomiaru 25\u00b0C \u2013 jest to temperatura ogniwa fotowoltaicznego. Jest to niezwykle istotna warto\u015b\u0107, poniewa\u017c wraz ze wzrostem temperatury ogniwa jego sprawno\u015b\u0107 maleje,<\/li>\n\n\n\n widmo promieniowania AM 1,5 SPECTRUM \u2013 jest to droga jak\u0105 promieniowanie s\u0142oneczne musi przeby\u0107, aby dotrze\u0107 na powierzchni\u0119 ziemi.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\nTurbiny wiatrowe wyr\u00f3\u017cniaj\u0105 si\u0119 wy\u017csz\u0105 sprawno\u015bci\u0105 chwilow\u0105, kt\u00f3r\u0105 organiczna prawo Betza, kt\u00f3re m\u00f3wi o maksymalnej sprawno\u015bci na poziomie 59,3%. Warto nadmieni\u0107, i\u017c turbiny wiatrowe przekszta\u0142caj\u0105 energi\u0119 wiatru z efektywno\u015bci\u0105, kt\u00f3ra si\u0119ga 45%. Sprawno\u015b\u0107 jest zale\u017cna od pr\u0119dko\u015bci wiatru, tzw. krzywa mocy [4].<\/p>\n\n\n\n
Dzi\u0119ki wykorzystaniu prawa Betza wiemy, i\u017c turbiny wiatrowe nie s\u0105 w stanie wykorzysta\u0107 ca\u0142ej dostarczonej energii wiatru. Przyjmuje si\u0119, i\u017c aktualnie wykorzystywane turbiny s\u0105 w stanie wykorzysta\u0107 oko\u0142o 35\u201340% energii wiatru.<\/p>\n\n\n\n
Stabilna oraz bezpieczna praca elektrowni wiatrowych jest mo\u017cliwa dzi\u0119ki zastosowaniu rozwi\u0105za\u0144, kt\u00f3re maj\u0105 na celu korygowanie k\u0105ta nachylenia \u0142opat wirnika. System pitch control koryguje ustawienie k\u0105ta \u0142opat wzgl\u0119dem kierunku wiatru co pozwala na kontrol\u0119 energii odbieranej ze strumienia powietrza. Natomiast system yaw control odpowiada za obracanie gondol\u0105 wraz z wirnikiem wok\u00f3\u0142 osi, tak aby \u0142opaty by\u0142y zawsze skierowane w stron\u0119 nadchodz\u0105cego strumienia powietrza.<\/p>\n\n\n\n
W celu dokonania rzetelnej oceny por\u00f3wnawczej obu technologii, konieczne jest zestawienie ich kluczowych parametr\u00f3w operacyjnych oraz technicznych. Szczeg\u00f3\u0142owe por\u00f3wnanie wydajno\u015bci, \u017cywotno\u015bci oraz ryzyk eksploatacyjnych dla instalacji o mocy 1 MW w lokalizacji Odolan\u00f3w przedstawiono w tabeli 1.<\/p>\n\n\n\n
Tabela 1. Por\u00f3wnanie techniczno-eksploatacyjne (1 MW) [14] Cecha \/ Parametr<\/strong><\/td>Fotowoltaika (PV)<\/strong><\/td>Elektrownia wiatrowa<\/strong><\/td><\/tr>Sprawno\u015b\u0107 teoretyczna<\/td> 18 \u201322% (ogniwa krzemowe)<\/td> 35\u201345% (limit Betza: 59,3%)<\/td><\/tr> Roczna produkcja (Odolan\u00f3w) [MWh]<\/td> ok. 1 050 \u2013 1 100<\/td> ok. 1 500 \u2013 1 800<\/td><\/tr> Czas pracy (ekwiwalent pe\u0142nej mocy) [h\/rok]<\/td> ok. 1 000 \u2013 1 100<\/td> ok. 1 600 \u2013 2 200<\/td><\/tr> Zaj\u0119to\u015b\u0107 terenu [ha]<\/td> ok. 1,2 \u2013 1,5<\/td> ok. 0,2 (fundament + droga)<\/td><\/tr> \u017bywotno\u015b\u0107 systemu [lata]<\/td> 25 \u2013 30<\/td> 20 \u2013 25<\/td><\/tr> Cz\u0119\u015bci ruchome<\/td> Brak (system statyczny)<\/td> Liczne (wirnik, przek\u0142adnia, generator)<\/td><\/tr> G\u0142\u00f3wne ryzyko techniczne<\/td> Degradacja ogniw, awaria inwertera<\/td> Zm\u0119czenie materia\u0142owe \u0142opat, awaria przek\u0142adni<\/td><\/tr> Wp\u0142yw temp. na sprawno\u015b\u0107<\/td> Spadek sprawno\u015bci przy upa\u0142ach<\/td> Znikomy (wp\u0142yw na g\u0119sto\u015b\u0107 powietrza)<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nAnaliza danych zawartych w tabeli 1 pozwala na wyci\u0105gni\u0119cie kilku istotnych wniosk\u00f3w. Przede wszystkim elektrownia wiatrowa charakteryzuje si\u0119 znacznie wy\u017csz\u0105 g\u0119sto\u015bci\u0105 energetyczn\u0105 \u2013 przy ponad sze\u015bciokrotnie mniejszej zaj\u0119to\u015bci terenu (ok. 0,2 ha wobec 1,2\u20131,5 ha dla PV) jest w stanie wyprodukowa\u0107 w Odolanowie nawet o 60% wi\u0119cej energii elektrycznej w skali roku. Nale\u017cy jednak zwr\u00f3ci\u0107 uwag\u0119 na aspekt eksploatacyjny: system fotowoltaiczny, jako uk\u0142ad statyczny, cechuje si\u0119 d\u0142u\u017csz\u0105 \u017cywotno\u015bci\u0105 i mniejsz\u0105 awaryjno\u015bci\u0105 mechaniczn\u0105, podczas gdy turbina wiatrowa, ze wzgl\u0119du na liczne cz\u0119\u015bci ruchome, wymaga bardziej zaawansowanych proces\u00f3w serwisowych zwi\u0105zanych ze zm\u0119czeniem materia\u0142owym \u0142opat czy prac\u0105 przek\u0142adni.<\/p>\n\n\n\n
3.2. Warunki klimatyczne i lokalizacyjne, a efektywno\u015b\u0107 system\u00f3w<\/h5>\n\n\n\n Wybrana do analizy lokalizacja \u2013 miejscowo\u015b\u0107 Odolan\u00f3w (powiat ostrowski, wojew\u00f3dztwo wielkopolskie) \u2013 charakteryzuje si\u0119 specyficznymi warunkami klimatycznymi, kt\u00f3re determinuj\u0105 efektywno\u015b\u0107 system\u00f3w OZE. Z punktu widzenia energetyki s\u0142onecznej, region ten znajduje si\u0119 w strefie o korzystnym nas\u0142onecznieniu, typowym dla nizinnej cz\u0119\u015bci Polski \u015brodkowo-zachodniej. Z kolei pod wzgl\u0119dem wietrzno\u015bci, Odolan\u00f3w le\u017cy w strefie sklasyfikowanej jako umiarkowanie korzystna, co wymaga precyzyjnego doboru wysoko\u015bci wie\u017cy turbiny.<\/p>\n\n\n\n
Efektywno\u015b\u0107 odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii w miejscowo\u015bci Odolan\u00f3w charakteryzuje si\u0119 mikroklimatem, gdzie du\u017ce nas\u0142onecznienie w okresie letnim, tj. maj \u2013 sierpie\u0144 powoduje zmniejszon\u0105 aktywno\u015b\u0107 wiatrow\u0105. Warto nadmieni\u0107, i\u017c miesi\u0105ce zimowe oferuj\u0105 najwy\u017cszy potencja\u0142 energii wiatrowej [5]. Analizowany region charakteryzuje si\u0119 korzystnym indeksem nas\u0142oneczenia 1100 kWh\/m2<\/sup> rok. Odnosz\u0105c si\u0119 do danych dotycz\u0105cych energetyki wiatrowej region dysponuje umiarkowanymi zasobami, tzn. III klasa wietrzno\u015bci. Analiza danych meteorologicznych dla miejscowo\u015bci Odolan\u00f3w w wojew\u00f3dztwie Wielkopolskim pozwala na oszacowanie rocznego uzysku energii, co przedstawiono w tabeli 2.<\/p>\n\n\n\nTabela 2. Dane pogodowe dla regionu Wielkopolski [5] Parametr pogodowy<\/strong><\/td>Warto\u015b\u0107 \u015brednioroczna<\/strong><\/td><\/tr>Nas\u0142onecznienie (GHI) [kWh\/m\u00b2 rok]<\/td> ~1110 – 1130<\/td><\/tr> Liczba dni s\u0142onecznych<\/td> ok. 160 – 180<\/td><\/tr> \u015ar. pr\u0119dko\u015b\u0107 wiatru (100m) [m\/s]<\/td> 5,8 \u2013 6,4 m\/s<\/td><\/tr> Dominuj\u0105cy kierunek wiatru<\/td> W i SE<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nAnaliza danych meteorologicznych zawartych w tabeli 2 wykazuje, \u017ce region Wielkopolski charakteryzuje si\u0119 sprzyjaj\u0105cymi warunkami do rozwoju obu technologii OZE. Szczeg\u00f3ln\u0105 uwag\u0119 nale\u017cy zwr\u00f3ci\u0107 na wysoki poziom nas\u0142onecznienia, przekraczaj\u0105cy 1100 kWh\/m\u00b2 rok, co bezpo\u015brednio przek\u0142ada si\u0119 na kr\u00f3tki okres zwrotu inwestycji w systemy PV.<\/p>\n\n\n\n
3.3. Wymagania instalacyjne i eksploatacyjne <\/h5>\n\n\n\n Realizacja instalacji OZE o mocy 1 MW uwzgl\u0119dnia szereg uwarunkowa\u0144 technicznych, ekonomicznych, formalnych, kt\u00f3re s\u0105 r\u00f3\u017cne dla instalacji PV oraz dla instalacji turbiny wiatrowej. W przypadku instalacji fotowoltaicznej nale\u017cy posiada\u0107 dost\u0119p do du\u017cej powierzchni gruntu, w klasie IV lub V. Dla energetyki wiatrowej nale\u017cy wzi\u0105\u0107 pod uwag\u0119 aspekt odleg\u0142o\u015bci od zabudowy mieszkalnej [6]. W tabeli poni\u017cej (tab. 3) przedstawiono por\u00f3wnanie wymaga\u0144 instalacyjnych i eksploatacyjnych dla technologii OZE.<\/p>\n\n\n\n
Tabela 3. Por\u00f3wnanie wymaga\u0144 instalacyjnych i eksploatacyjnych [8, 14, 15]Parametr<\/strong><\/td>Farma fotowoltaiczna (PV)<\/strong><\/td>Elektrownia wiatrowa<\/strong><\/td><\/tr>Zapotrzebowanie na grunt<\/td> Wysokie: ok. 1,2 \u2013 1,5 ha<\/td> Niskie: punktowo pod fundament i drog\u0119 (~0,2 ha)<\/td><\/tr> Klasa gruntu<\/td> G\u0142\u00f3wnie nieu\u017cytki lub klasy IV, V, VI<\/td> Mo\u017cliwa klasa III i IV (mniejsza powierzchnia wy\u0142\u0105czenia)<\/td><\/tr> Ograniczenia prawne<\/td> Miejscowy Plan Zagospodarowania Przestrzennego (MPZP)<\/td> Ustawa odleg\u0142o\u015bciowa (zasada 10H lub min. 700 m)<\/td><\/tr> Czas monta\u017cu<\/td> 2 \u2013 4 miesi\u0105ce<\/td> 6 \u2013 12 miesi\u0119cy (logistyka, fundamenty)<\/td><\/tr> Cz\u0119\u015bci ruchome<\/td> Brak (system statyczny)<\/td> Liczne (wirnik, przek\u0142adnia, generator, yaw system)<\/td><\/tr> G\u0142\u00f3wny wym\u00f3g serwisowy<\/td> Mycie modu\u0142\u00f3w, inspekcje termowizyjne<\/td> Smarowanie, serwis mechaniczny, doz\u00f3r UDT<\/td><\/tr> Integracja z wodorem<\/td> Wymaga du\u017cych magazyn\u00f3w energii (praca tylko w dzie\u0144)<\/td> Stabilniejsze zasilanie elektrolizera (praca ca\u0142odobowa)<\/td><\/tr> Infrastruktura IT<\/td> System monitoringu pracy inwerter\u00f3w<\/td> Zaawansowany system SCADA i sterowanie moc\u0105<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nDla miejscowo\u015bci Odolan\u00f3w, gdzie znajduje si\u0119 instalacja do produkcji wodoru efektywno\u015b\u0107 produkcji zielonego wodoru jest uzale\u017cnione od charakterystyki pracy \u017ar\u00f3de\u0142 OZE. Elektrolizery stanowi\u0105ce g\u0142\u00f3wny element instalacji wodorowej najefektywniej pracuj\u0105 przy sta\u0142ym obci\u0105\u017ceniu znamionowym. Zmienno\u015b\u0107 warunk\u00f3w pogodowych zmusza u\u017cytkownika do zastosowania integracji systemowej, kt\u00f3ra zr\u00f3wnowa\u017cy niestabiln\u0105 produkcj\u0119 energii [7].<\/p>\n\n\n\n
Produkcja energii elektrycznej ogranicza si\u0119 do godzin dziennych, co powoduje cz\u0119ste wymuszenia cyklu start \u2013 stop elektrolizera. Energetyka wiatrowa posiada rozproszony profil dzia\u0142alno\u015bci w ci\u0105gu doby, to pozwala na d\u0142u\u017csz\u0105 prac\u0119 jednostek wytw\u00f3rczych w ci\u0105gu doby. W tabeli 4 przedstawiono por\u00f3wnanie wsp\u00f3\u0142pracy wybranej technologii odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii z elektrolizerem.<\/p>\n\n\n\n
Tabela 4. Por\u00f3wnanie wsp\u00f3\u0142pracy OZE z elektrolizerem [7, 16, 17] Cecha wsp\u00f3\u0142pracy<\/strong><\/strong><\/td>Fotowoltaika (PV)<\/strong><\/strong><\/td>Elektrownia wiatrowa<\/strong><\/strong><\/td><\/tr>Ci\u0105g\u0142o\u015b\u0107 zasilania<\/td> Tylko w dzie\u0144 (przestoje nocne)<\/td> Mo\u017cliwa praca ca\u0142odobowa<\/td><\/tr> Stabilno\u015b\u0107 mocy<\/td> Wysoka w dni bezchmurne<\/td> Wysoka zmienno\u015b\u0107 (porywisto\u015b\u0107)<\/td><\/tr> Wp\u0142yw na elektrolizer<\/td> Cz\u0119ste cykle uruchomie\u0144<\/td> Stabilniejsza temperatura pracy<\/td><\/tr> Rola systemu IT<\/td> Optymalizacja startu rano<\/td> Szybka regulacja mocy (pitch control)<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nAnaliza danych zawartych w tabeli 4 wskazuje na istotne r\u00f3\u017cnice w profilach operacyjnych obu technologii. Szczeg\u00f3ln\u0105 uwag\u0119 nale\u017cy zwr\u00f3ci\u0107 na wp\u0142yw \u017ar\u00f3d\u0142a zasilania na prac\u0119 elektrolizera, gdzie energetyka wiatrowa zapewnia stabilniejsz\u0105 temperatur\u0119 pracy, co bezpo\u015brednio przek\u0142ada si\u0119 na mniejsze obci\u0105\u017cenie termiczne uk\u0142adu. Realizacja instalacji OZE o mocy 1 MW uwzgl\u0119dnia szereg uwarunkowa\u0144 technicznych, ekonomicznych, formalnych, kt\u00f3re s\u0105 r\u00f3\u017cne dla instalacji PV oraz dla instalacji turbiny wiatrowej. W przypadku instalacji fotowoltaicznej nale\u017cy posiada\u0107 dost\u0119p do du\u017cej powierzchni gruntu, w klasie IV lub V. Dla energetyki wiatrowej nale\u017cy wzi\u0105\u0107 pod uwag\u0119 aspekt odleg\u0142o\u015bci od zabudowy mieszkalnej.<\/p>\n\n\n\n
4. Analiza ekonomiczna<\/h3>\n\n\n\n4.1. Koszty inwestycyjne CAPEX dla instalacji PV i turbin wiatrowych<\/h5>\n\n\n\n Analiza nak\u0142ad\u00f3w inwestycyjnych, stanowi jeden z g\u0142\u00f3wnych element\u00f3w oceny doboru instalacji OZE. Koszty CAPEX (z ang. Capital Expenditure) zawieraj\u0105 ca\u0142kowite nak\u0142ady finansowe niezb\u0119dne do realizacji projektu od pozyskania pozwole\u0144 do projekt\u00f3w, a tak\u017ce zakup komponent\u00f3w oraz prace monta\u017cowo \u2013 budowlane. Koszty uwzgl\u0119dniane w przypadku instalacji PV g\u0142\u00f3wnie opieraj\u0105 si\u0119 na cenie modu\u0142u fotowoltaicznego oraz konstrukcji monta\u017cowych paneli [8]. Koszty turbiny wiatrowej s\u0105 o wiele wi\u0119ksze, ze wzgl\u0119du na koszt turbiny wiatrowej, a tak\u017ce infrastruktury towarzysz\u0105cej [9]. W tabeli 5 zosta\u0142y przedstawione szacunkowe koszty inwestycyjne dla obu wariant\u00f3w.<\/p>\n\n\n\n
Tabela 5. Koszty Capex dla paneli PV i turbin wiatrowych [8, 14] Sk\u0142adowa koszt\u00f3w<\/strong><\/strong><\/td>Fotowoltaika (PV) [PLN]<\/strong><\/strong><\/td>Elektrownia wiatrowa [PLN]<\/strong><\/strong><\/td><\/tr>Dokumentacja i projektowanie<\/td> 100 000 \u2013 150 000<\/td> 250 000 \u2013 400 000<\/td><\/tr> G\u0142\u00f3wne komponenty (panele \/ turbina)<\/td> 1 600 000 \u2013 1 800 000<\/td> 3 800 000 \u2013 4 500 000<\/td><\/tr> Systemy monta\u017cowe \/ Fundamenty<\/td> 400 000 \u2013 500 000<\/td> 800 000 \u2013 1 200 000<\/td><\/tr> Inwertery \/ Transformatory<\/td> 300 000 \u2013 400 000<\/td> 400 000 \u2013 600 000<\/td><\/tr> Roboty budowlane i przy\u0142\u0105cze<\/td> 300 000 \u2013 450 000<\/td> 600 000 \u2013 900 000<\/td><\/tr> \u0141\u0105czny koszt (CAPEX)<\/strong><\/td>~ 2,8 \u2013 3,3 mln<\/strong><\/td>~ 6,0 \u2013 7,5 mln<\/strong><\/td><\/tr>Koszt jednostkowy [PLN\/kW]<\/strong><\/td>2 800 \u2013 3 300<\/strong><\/td>6 000 \u2013 7 500<\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nAnaliza nak\u0142ad\u00f3w inwestycyjnych wykazuje, \u017ce energetyka wiatrowa charakteryzuje si\u0119 ponad dwukrotnie wy\u017csz\u0105 barier\u0105 wej\u015bcia ni\u017c fotowoltaika, co wynika g\u0142\u00f3wnie z kosztownych komponent\u00f3w mechanicznych oraz skomplikowanych prac in\u017cynieryjno-budowlanych. Koszt jednostkowy turbin wiatrowych (do 7 500 PLN\/kW) znacz\u0105co przewy\u017csza wydatki na systemy PV (do 3 300 PLN\/kW), jednak te wy\u017csze nak\u0142ady pocz\u0105tkowe (CAPEX) s\u0105 w lokalizacji Odolan\u00f3w rekompensowane przez znacznie wi\u0119ksz\u0105 wydajno\u015b\u0107 produkcyjn\u0105 [MWh]. W konsekwencji, mimo wy\u017cszych wymaga\u0144 kapita\u0142owych na starcie, turbina wiatrowa mo\u017ce oferowa\u0107 atrakcyjniejszy wska\u017anik rentowno\u015bci w d\u0142ugim terminie dzi\u0119ki wy\u017cszej efektywno\u015bci energetycznej.<\/p>\n\n\n\n
4.2. Koszty eksploatacyjne OPEX <\/h5>\n\n\n\n Koszty operacyjne OPEX (z ang. Operating Expenditure) uwzgl\u0119dniaj\u0105 wszelkie koszty, ponoszone podczas u\u017cytkowania instalacji, kt\u00f3re s\u0105 niezb\u0119dne do utrzymania pe\u0142nej sprawno\u015bci technicznej. Koszty instalacji PV to koszty o sta\u0142ym charakterze, tzn. monitoring, podatek, ubezpieczenia. Nale\u017cy tak\u017ce uwzgl\u0119dni\u0107 koszt mycia modu\u0142\u00f3w, a tak\u017ce corocznego przegl\u0105du elektrycznego [10]. Elektrownia wiatrowa generuje o wiele wi\u0119ksze koszty eksploatacji i serwisu, ze wzgl\u0119du na wymian\u0119 ruchomych element\u00f3w, wymiany oleju w instalacji, obowi\u0105zku przegl\u0105du UDT (Urz\u0119du Dozoru Technicznego), ze wzgl\u0119du na wyst\u0119puj\u0105ce elementy hydrauliczne [11]. Tabela poni\u017cej (tab. 6) przedstawia szacunkowe roczne koszty utrzymania OPEX dla obu technologii.<\/p>\n\n\n\n
Tabela 6. Roczne koszty operacyjne OPEX [8, 14] Sk\u0142adowa koszt\u00f3w OPEX<\/strong><\/td>Fotowoltaika (PV) [PLN]<\/strong><\/td>Elektrownia wiatrowa [PLN]<\/strong><\/td><\/tr>Serwis i konserwacja<\/td> 10 000 \u2013 15 000<\/td> 60 000 \u2013 90 000<\/td><\/tr> Podatki i op\u0142aty (grunt, budowla)<\/td> 20 000 \u2013 25 000<\/td> 30 000 \u2013 45 000<\/td><\/tr> Ubezpieczenie instalacji<\/td> 5 000 \u2013 8 000<\/td> 15 000 \u2013 25 000<\/td><\/tr> Monitoring i ochrona (IT\/SCADA)<\/td> 10 000 \u2013 12 000<\/td> 15 000 \u2013 20 000<\/td><\/tr> Zarz\u0105dzanie i administracja<\/td> 5 000 \u2013 10 000<\/td> 10 000 \u2013 15 000<\/td><\/tr> \u0141\u0105czny koszt roczny (OPEX)<\/td> ~50 000 \u2013 70 000<\/td> ~130 000 \u2013 195 000<\/td><\/tr> Udzia\u0142 w CAPEX [% rocznie]<\/td> ~1,5 \u2013 2,0<\/td> ~2,5 \u2013 3,5<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nAnaliza koszt\u00f3w operacyjnych wskazuje, i\u017c instalacje fotowoltaiczne posiadaj\u0105 przewag\u0119 ekonomiczn\u0105 nad turbinami wiatrowymi. Koszty utrzymania farmy fotowoltaicznej s\u0105 o wiele ni\u017csze ze wzgl\u0119du na pasywn\u0105 konstrukcj\u0119 i brak ruchomych element\u00f3w. W przypadku turbiny wiatrowej elementy mechaniczne oraz zm\u0119czenie materia\u0142u generuj\u0105 du\u017ce koszty serwisu wraz z wiekiem instalacji.<\/p>\n\n\n\n
Przedstawione warto\u015bci koszt\u00f3w inwestycyjnych oraz koszt\u00f3w eksploatacyjnych zosta\u0142y okre\u015blone na podstawie analizy u\u015brednionych koszt\u00f3w realizacji instalacji odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii, literatury bran\u017cowej, a tak\u017ce dost\u0119pnych danych rynkowych. Ze wzgl\u0119du na opracowanie w\u0142asne zosta\u0142y przyj\u0119te warto\u015bci orientacyjne, kt\u00f3re odpowiadaj\u0105 rzeczywistym warunkom inwestycyjnym dla instalacji OZE.<\/p>\n\n\n\n
4.3. Analiza op\u0142acalno\u015bci NPV, IRR i SPBT<\/h5>\n\n\n\n Ocena ekonomiczna op\u0142acalno\u015bci zastosowania jednej z technologii OZE wymaga nie tylko oceny danego projektu, ale tak\u017ce uwzgl\u0119dnienie zmienno\u015bci warto\u015bci pieni\u0105dza w czasie. Jednym z wa\u017cniejszych wska\u017anik\u00f3w jest bie\u017c\u0105ca warto\u015b\u0107 netto, kt\u00f3ra pozwala okre\u015bli\u0107 realny zysk inwestora po uwzgl\u0119dnieniu koszt\u00f3w kapita\u0142u. Przyj\u0119to stop\u0119 dyskonta na poziomie 8% [11]. Wariant fotowoltaiczny to niski nak\u0142ad inwestycyjny, a tak\u017ce minimalne nak\u0142ady operacyjne, kt\u00f3re przek\u0142adaj\u0105 si\u0119 na korzystny wska\u017anik wewn\u0119trznej stopy zwrotu. Okres zwrotu dla technologii PV wynosi zazwyczaj 7\u20138 lat. Te dane czyni\u0105 instalacje fotowoltaiczne inwestycjami o niskim profilu ryzyka. Wariant turbiny wiatrowej cechuje si\u0119 du\u017c\u0105 ilo\u015bci\u0105 wyprodukowanej energii w ci\u0105gu roku, jednak\u017ce posiada relatywnie du\u017ce koszty wej\u015bciowe oraz koszty eksploatacji i serwis\u00f3w. Ocen\u0119 op\u0142acalno\u015bci analizowanych wariant\u00f3w wykorzystano nast\u0119puj\u0105ce wska\u017aniki: NPV, IRR, SPBT, kt\u00f3re zosta\u0142y przedstawione w tabeli 7. Obliczenia zosta\u0142y przeprowadzone na podstawie przyj\u0119tych koszt\u00f3w CAPEX i OPEX. Przyj\u0119ta stopa dyskontowa r=8% uzyskano warto\u015b\u0107 dodatni\u0105 NPV dla instalacji PV co wskazuje na op\u0142acalno\u015b\u0107 inwestycji. Wariant turbiny wiatrowej posiada NPV ujemne, co powoduje ni\u017csz\u0105 efektywno\u015b\u0107 finansow\u0105. Przedstawia si\u0119 to za pomoc\u0105 wzoru (1):<\/p>\n\n\n\n
N<\/mi>P<\/mi>V<\/mi>=<\/mo>\u2211<\/mo>t<\/mi>=<\/mo>0<\/mn><\/mrow>n<\/mi><\/munderover><\/mrow>C<\/mi>F<\/mi><\/mrow>t<\/mi><\/msub>(<\/mo>1<\/mn>+<\/mo>r<\/mi>)<\/mo><\/mrow><\/mfrac><\/mspace>(<\/mo>1<\/mn>)<\/mo><\/mrow>NPV=\\sum_{t=0}^{n}\\frac{{CF}_t}{(1+r)} \\quad(1)<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\ngdzie:t<\/sub>– przep\u0142yw pieni\u0119\u017cny w roku t, PLNDla wariantu instalacji fotowoltaicznej NPV wynosi:<\/p>\n\n\n\n
N<\/mi>P<\/mi>V<\/mi>=<\/mo>430000<\/mn>P<\/mi>L<\/mi>N<\/mi><\/mrow>r<\/mi>o<\/mi>k<\/mi><\/mrow><\/mfrac>\u2219<\/mo>(<\/mo>1<\/mn>\u2212<\/mo>(<\/mo>1<\/mn>+<\/mo>0,08<\/mn>)<\/mo><\/mrow>\u2212<\/mo>20<\/mn><\/mrow><\/msup><\/mrow>0,08<\/mn><\/mfrac>)<\/mo><\/mrow>\u2212<\/mo> <\/mtext>3<\/mn> <\/mtext>050<\/mn> <\/mtext>000<\/mn> <\/mtext>P<\/mi>L<\/mi>N<\/mi><\/mrow>NPV=430000\\frac{PLN}{rok}\\bullet\\left(\\frac{1-(1+{0,08)}^{-20}}{0,08}\\right)-\\ 3\\ 050\\ 000\\ PLN<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\nN<\/mi>P<\/mi>V<\/mi>=<\/mo>430<\/mn> <\/mtext>000<\/mn>\u2219<\/mo>9,82<\/mn>\u2212<\/mo>3<\/mn> <\/mtext>050<\/mn> <\/mtext>000<\/mn> <\/mtext>P<\/mi>L<\/mi>N<\/mi><\/mrow>NPV=430\\ 000\\bullet9,82-3\\ 050\\ 000\\ PLN<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\nN<\/mi>P<\/mi>V<\/mi>
![\"\"](\"https:\/\/gwits.pl\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/1065545GWITS20260505_R1.png\")
![\"\"](\"https:\/\/gwits.pl\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/1065545GWITS20260505_R2.png\")