Współczesny cyfrowy Atlas Malej Energetyki Wiatrowej dla Polski (AMEW-PL)

• Autorzy: Wieczorek Joanna , Jurasz Jakub , Bochenek Bogdan , Mazur Andrzej , Strzyżewski Tomasz , Figurski Mariusz , Jaczewski Adam , Gruszczyńska Marta

Identyfikatory

DOI

10.15199/17.2023.5.4

Warianty tytułu

EN

Modern digital Atlas of Small-scall Wind Power for Poland (AMEW-PL)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zasoby energii promieniowania słonecznego w Polsce są dobrze rozpoznane i w perspektywie długookresowej cechują się stabilnością potencjału w czasie oraz przestrzenni. To przekłada się więc na niewielkie ryzyko inwestycyjne z punktu widzenia estymowanej w przyszłości generacji. Sytuacja jest bardziej skomplikowana w przypadku energetyki wiatrowej. A w szczególności małej energetyki wiatrowej, gdzie warunki wietrzności cechują się znacznym zróżnicowaniem przestrzennym, nawet na niewielkim obszarze, a ponadto dużą zmiennością czasową. Zależną od sytuacji meteorologicznej. Słabe rozeznanie zasobów energii wiatru na wysokości 10-20 metrów nad poziomem gruntu powoduje, iż inwestycja w źródła generacji wiatrowej jest obecnie nadal przedsięwzięciem obarczonym wysokim ryzykiem, ponieważ nie jest możliwe oszacowanie z odpowiednią dokładnością potencjalnej ilości energii elektrycznej jaka może zostać wygenerowana przez generator wiatrowy wybrany przez inwestora. By częściowo zaradzić temu problemowi i wspomóc nowych inwestorów na etapie wyboru lokalizacji inwestycji i szacowania możliwych potencjałów produkcyjnych przedstawiamy koncepcję pierwszego dla obszaru Polski cyfrowego Atlasu malej energetyki wiatrowej, z wyborem treści w formule otwartego dostępu, który dostarczy informacji na temat potencjału energii wiatru na poziomach 10, 30, 50, 80 oraz 100 m n.p.g, z rozdzielczością powierzchniową 1x1 km. Atlas w pierwszej wersji opracowany zostanie na podstawie czterech lat (2019-2022) danych godzinowych pochodzących z modelu INCA-PL 2, a wraz rozwojem szereg czasowy będzie odpowiednio wydłużany. Wykonana analiza wskazuje, na znaczące różnice w potencjale energii wiatru pomiędzy szacunkami w oparciu o model INCA-PL 2 a atlas energetyki wiatrowej prof. Lorenz w szczególności dla rejonu Dolnego Śląska. Dodatkowo wskazujemy, na silny wpływ kształtu krzywej mocy turbiny wiatrowej na wykorzystanie zasob6w energii wiatru w danej lokalizacji wyrażane w kWh generacji w skali roku na 1 kW mocy zainstalowanej.

EN

Poland's solar energy resources are well recognized and in the long term are characterized by a small variability of potential in time and space. This, therefore, translates into a low investment risk from the point of view of estimated future generation. However, this situation is more complicated in the case of wind energy. And specify in the small wind power energy, where wind conditions are characterized by significant spatial variation, even over a small area, in addition to high temporal variability. Dependent on the meteorological situation. Poor understanding of wind energy resources at a height of 10-20 meters above ground level means that investment in wind generation sources is currently still a high-risk venture, as it is not possible to estimate with sufficient accuracy the potential amount of electricity that can be generated by the wind generator chosen by the investor. In order to partially remedy this problem and assist new investors at the stage of investment site selection and estimation of possible production potentials, we present the concept of the first digital Atlas of small wind energy for the area of Poland, with a selection of content in the formula of open access, which will provide information on the potential of wind energy at levels of 10, 30, 50, 80 and 100 meters a.g.l. with a surface resolution of lx1 km. The Atlas in its first version will be developed on the basis of four years (2019-2022) of hourly data from the INCA-PL 2 model, and as it develops, the time series will be extended accordingly. The analysis shows significant differences in wind energy potential between the estimates based on the INCA-PL 2 model and the wind energy atlas of prof. Lorenz in particular for the region of Lower Silesia. In addition, we indicate the strong influence of the shape of the wind turbine power curve on the use of wind energy resources in a given location, expressed in kWh of generation per year per 1 kW of installed power.

Słowa kluczowe

PL

małe turbiny wiatrowe; INCA; współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej; zmienność czasowa i przestrzenna

EN

small wind turbines; INCA; capacity factor; spatial variability; temporal variability

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Gaz, Woda i Technika Sanitarna
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 5
• Strony: 20--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys.

Twórcy

autor

Wieczorek Joanna

• Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej - Państwowy Instytut Badawczy, Centrum Modelowania Meteorologicznego

autor

Jurasz Jakub

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska

autor

Bochenek Bogdan

• Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej - Państwowy Instytut Badawczy, Centrum Modelowania Meteorologicznego

autor

Mazur Andrzej

• Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej - Państwowy Instytut Badawczy, Centrum Modelowania Meteorologicznego

autor

Strzyżewski Tomasz

• Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej - Państwowy Instytut Badawczy, Centrum Modelowania Meteorologicznego

autor

Figurski Mariusz

• Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej - Państwowy Instytut Badawczy, Centrum Modelowania Meteorologicznego

autor

Jaczewski Adam

• Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej - Państwowy Instytut Badawczy, Centrum Modelowania Meteorologicznego

autor

Gruszczyńska Marta

• Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej - Państwowy Instytut Badawczy, Centrum Modelowania Meteorologicznego

Bibliografia

• [1] Banta, Robert M., Yelena L. Pichugina, W. Alan W. Brewer, Eric P. James, Joseph B. Olson, Stanley G. Benjamin, Jacob R. Carley, Laura Bianco, Irina V. Djalalova, James M. Wilczak, R. Michael Hardesty, Joel Cline, Melinda C. Marquis.2018. „Evaluating and Improving NWP Forecast Models for the Future: How the Needs of Offshore Wind Energy Can Point the Way". Bulletin of the American Meteorological Society 99 (6): 1155-76. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-16-0310.1.
• [2] „Biuletyn Miesięczny Monitoringu Klimatu Polski", IMGW-P1B, Dostęp 24.02.2023: https://klimat.imgw.pl/pl/biuletyn-monitoring/#2023/01.
• [3] Byrne, Raymond, Neil J. Hewitt, Philip Griffiths, Paul MacArtain. 2019. „An Assessment of the Mesoscale to Microscale Influences on Wind Turbine Energy Performance at a Peri-Urban Coastal Location from the Irish Wind Atlas and Onsite LiDAR Measurements". Sustainable Energy Technologies and Assessments, December 36:100537. https://doi.org/10.1016/j.seta.2019.100537.
• [4] Chow, Ven Te, David R. Maidment, Larry W. Mays.1988. Applied hydrology, McGraw-Hill International Editions, Civil Engineering Series, New York.
• [5] Germany, anemos GmbH, Reppenstedt. b.d., Anemos Gesellschaft Für Umweltmeteorologie MbH". Dostęp 21 kwiecień 2023. http://www.anemos.de/.
• [6] GWA 3.0, „Global Wind Atlas", 24.04.2023, https://globalwindatlas.info.
• [7] Hersbach, Hans, Bill Bell, Paul Berrisford, Shoji Hirahara, András Horányi, Joaquin Munoz-Sabater, Julien Nicolas, Carole Peubey, Raluca Radu, Dinand Schepers, Adrian Simmons, Cornel Soci, Saleh Abdalla, Xavier Abelian, Gianpaolo Balsamo, Peter Bechtold, Gionata Biavati, Jean Bidlot, Massimo Bonavita, Giovanna De Chiara, Per Dahlgren, Dick Dee, Michail Diamantakis, Rossana Dragani, Johannes Flemming, Richard Forbes, Manuel Fuentes, Alan Geer, Leo Haimberger, Sean Healy, Robin J. Hogan, Elias Hólm, Marta Janisková, Sarah Keeley, Patrick Laloyaux, Philippe Lopez, Cristina Lupu, Gabor Radnoti, Patricia de Rosnay, Iryna Rozum, Freja Vamborg, Sebastien Villaume, Jean-Noël Thépaut. „The ERAS Global Reanalysis". Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society (2020), 146 (730): 1999-2049. https://doi.org/10.1002/qj.3803
• [8] Instituut, Koninklijk Nederlands Meteorologisch. „Home - Dutch Offshore Wind Atlas". Webpagina. Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut. 23 grudzień 2019. https://www.dutchoffshorew indatlas.nl/.
• [9] Instituut, Koninklijk Nederlands Meteorologisch. „Image Library - KNM I Projects". Webpagina. Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut. 3 styczeń 2020. htts://www.knmiprojects.nl/projects/knw-atlas/image-library.
• [10] James, Eric P., Stanley G. Benjamin, Melinda Marquis. 2018. „Offshore Wind Speed Estimates from a High-Resolution Rapidly Updating Numerical Weather Prediction Model Forecast Dataset". Wind Energy 21 (4): 264-84. https://doi.org/10.1002/we.2161.
• [11] Jędrak, Jakub, Ewa Konduracka, Artur Jerzy Badyda, Piotr Dąbrowiecki. 2017. Wpływ zanieczyszczeń powietrza na zdrowie. Kraków: Krakowski Alarm Smogowy.
• [12] Kaczmarczyk, Michał, Magda Kaczmarczyk, Grzegorz Pełka, Wojciech Luboń, Anna Będkowska, Łukasz Piechowicz, Bartłomiej Ciapała, and Magdalena Blok. 2015. „Niska emisja-od przyczyn występowania do sposobów eliminacji". Kraków: Geosystem Burek, Kotyza sc.
• [13] Kaczmarczyk, Michał, Anna Sowiżdżał, and Barbara Tomaszewska. 2020. „Energetic and environmental aspects of individual heat generation for sustainable development at a local scale-A case study from Poland". Energies (13) 2: 454.
• [14] Kraus, Helmut. Die Atmosphäre der Erde: Eine Einführung in die Meteorologie. Springer-Verlag, 2007.
• [15] Kożuchowski, Krzysztof. 2020. „Cyrkulacyjne czynniki klimatu Polski II: Westerlies", Czasopismo Geograficzne 91(1-2): 207-233.
• [16] Lorenc, Halina. 1996. Struktura i zasoby energetyczne wiatru w Polsce. Materiały Badawcze IMGW, seria: Meteorologia 25, Warszawa.
• [17] Lorenc, Halina. 2005. Atlas klimatu Polski. Warszawa: Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Warszawa.
• [18] Luzia, Graziela, Andrea N. Hahmann, i Matti Juhani Koivisto. 2022. „Evaluating the Mesoscale Spatio-Temporal Variability in Simulated Wind Speed Time Series over Northern Europe". Wind Energy Science 7 (6): 2255-70. https://doi.org/10.5194/ wes-7-2255-2022.
• [19] Mazur, Andrzej. 2022. Określenie zasobów energii wiatru w Polsce z wykorzystaniem rezultatów numerycznych modeli meteorologicznych, Przegląd Geograficzny 94(1), 87-102, https://doi.org/10.7163/PrzG.2022.1.4
• [20] Mortensen, Niels Gylling. 2018. Wind resource assessment using WAsP software. DTU Wind Energy E-0174, Roskilde: grudzień.
• [21] Munoz Ortiz, Miguel, Lisa Kvalbein, Lars Hellemo. 2021. „Evaluation of Open Photovoltaic and Wind Production Time Series for Norwegian Locations". Energy 236 (grudzień): 121409. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121409.
• [22] Murcia, Juan Pablo, Matti Juhani Koivisto, Graziela Luiza, Bjarke T. Olsen, Andrea N. Hahmann, Poul Ejnar Sorensen, Magnus Als. 2022. "Validation of European-scale simulated wind speed and wind generation time series". Applied Energy 305, 1, [117794]. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117794.
• [23] New European Wind Atlas, a free, web-based application developed, owned and operated by the NEWA Consortium, Dostęp 24.04.2023. www.neweuropeanwindatlas.eu.
• [24] Olaofe, Zaccheus O. 2019. „Quantification of the Near-Surface Wind Conditions of the African Coast: A Comparative Approach (Satellite, NCEP CFSR and WRF-Based)". Energy 189 (12): 116232. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116232.
• [25] „Ryzyko anemologiczne", serwis KLIMAT, IMGW-PIB, Dostęp 24.02.2023: https://klimat.imgw.pl/pl/ryzyko-anemologiczne/#2022/01/.
• [26] Schneider, Martin, André Glücksmamm, Anselm Grötzner, i Heinz-Theo Mengelkamp. 2022. „A Wind Atlas for Germany and the Effect of Remodeling". Meteorologische Zeitschrft 31, 2, 117-130. https://doi.org/10.1127/metz/2022/1102.
• [27] Skamarock, William C., Joseph B. Klemp, Jimy Dudhia, David O. Gill, Liu Zhiquan, Judith Berner, Wei Wang, Jordan G. Powers, Michael G. Duda, Dale Barker, Xiang-yu Huang. A Description of the Advanced Research WRF Model Version 4.3, NCAR Technical Notes, Boulder Colorado, lipiec 2021. https://doi.org/10.5065/1dfh-6p97.
• [28] Staffell, lain, Stefan Pfenninger. 2016. "Using bias-corrected reanalysis to simulate current and future wind power output". Energy 114, 1224-1239. doi: 10.1016/j.energy.2016.08.068.
• [29] Szeląg-Sikora, Anna, Jakub Sikora, Marcin Niemiec, Zofia Gródek-Szostak, Marcin Suder, Maciej Kuboń, Tomasz Borkowski, and Gabriela Malik. Solar Power. 2021. "Stellar Profit or Astronomic Cost? A Case Study of Photovoltaic Installations under Poland's National Prosumer Policy in 2016-2020". Energies 14: 4233.
• [30] Tomczyk, Arkadiusz, Ewa Bednorz, red., Atlas Klimatu Polski (1991-2020), Poznań: Bogucki Wydawnictwo Naukowe, 2022.
• [31] Tuchtenhagen, Patricia, Gilvani Gomes de Carvalho, Guilherme Martins, Pollyanne Evangelista da Silva, Cristiano Prestrelo de Oliveira, Lara de Melo Barbosa Andrade, João Medeiros de Araújo, Pedro Rodrigues Mutti, Paulo Sérgio Lucio, i Cláudio Moisés Santos e Silva. 2020. „WRF Model Assessment for Wind Intensity and Power Density Simulation in the Southern Coast of Brazil". Energy 190 (1): 116341. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116341.
• [32] Ustawa z dn. 20.05.2016 o inwestycjach w zakresie elektrowni wiatrowych, Dziennik Ustaw Dz.U.2021.724 t.j.
• [33] Witha, Björn, Andrea Hahmann, Tija Sile, Martin Dörenkämper, Yasemin Ezber, Elena Garcia-Bustamante, Fidel J. González-Rouco, Grégoire Leroy, Jorge Navarro. WRF model sensitivity studies and specifications for the NEWA mesoscale wind atlas production runs. Deliverable D4.3. NEWA - New European Wind Atlas, maj 2019. https://doi.org/10.5281/zenodo.2682604.
• [34] Witkowska, Agata, Dorota Anna Krawczyk, Antonio Rodero. 2021. "Analysis of the Heat Pump Market in Europe with a Special Regard to France, Spain, Poland and Lithuania". Environmental and Climate Technologies 25, 1: 840-852.
• [35] Wilby, Robert, Tom Wigley. 1997. „Downscaling General Circulation Model Output: A Review of Methods and Limitations". Progress in Physical Geography: Earth and Environment, 21 (4): 530-48. https://doi.org/10.1177/030913339702100403.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).