The Impact of Offshore Wind Farms on Increasing Electricity Production and Reducing CO₂ Emissions

• Autorzy: Malecha Ziemowit , Chorowski Maciej , Niechciał Jakub

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2025.5.1

Warianty tytułu

PL

Wpływ udziału morskich farm wiatrowych na zwiększenie produkcji energii elektrycznej oraz ograniczenie emisji CO₂

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper analyzes the actual impact of offshore wind farms on changes in the global capacity factor for wind energy. It also examines the real influence of unstable renewable energy sources (URES), namely photovoltaic and wind installations, on the reduction of CO₂ emissions. The study utilizes available data from the years 2000-2023 for Denmark, Germany, and Poland - countries characterized by significantly different shares of URES in their energy mixes. The analysis demonstrates that the reduction of CO₂ emissions is primarily correlated with a decrease in total electricity production. The effect of increasing installed URES capacity on emission reduction is secondary. It was also shown that the growing share of offshore wind farms in the wind energy sector does not translate into an increase in the global capacity factor (GCF). This may be related to lower-than-expected electricity generation from URES, as well as the necessity to curtail unstable sources due to the lack of demand (or technical ability) to accommodate additional electricity volumes within the grid.

PL

W artykule przeanalizowano rzeczywisty wpływ morskich farm wiatrowych na zmiany globalnego współczynnika wykorzystania mocy (GCF) dla energetyki wiatrowej. Zbadano również faktyczny wpływ niestabilnych źródeł energii odnawialnej (URES), tj. instalacji fotowoltaicznych i wiatrowych, na redukcję emisji CO₂. Analizę oparto na dostępnych danych z lat 2000-2023 dla Danii, Niemiec i Polski - krajów o wyraźnie zróżnicowanym udziale URES w miksie energetycznym. Wyniki analizy wskazują, że redukcja emisji CO₂ jest przede wszystkim skorelowana ze spadkiem całkowitej produkcji energii elektrycznej. Wzrost zainstalowanej mocy URES ma drugorzędny wpływ na ograniczenie emisji. Wykazano również, że rosnący udział morskich farm wiatrowych w sektorze energii wiatrowej nie przekłada się na wzrost globalnego współczynnika wykorzystania mocy. Może to być związane z niższą niż oczekiwano produkcją energii z farm wiatrowych oraz koniecznością ograniczania pracy niestabilnych źródeł z powodu braku zapotrzebowania (lub możliwości technicznych) na przyjęcie dodatkowych ilości energii w sieci.

Słowa kluczowe

EN

unstable renewable energy sources; URES; offshore wind farms; GCF; global capacity factor; CO2 emission reduction

PL

niestabilne odnawialne źródła energii; morska farma wiatrowa; globalny współczynnik wykorzystania mocy; redukcja emisji CO2

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 5
• Strony: 9--11
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wzory

Twórcy

autor

Malecha Ziemowit

• Wroclaw University of Science and Technology, Faculty of Mechanical and Power Engineering

• https://orcid.org/0000-0001-8560-760X

autor

Chorowski Maciej

• Wroclaw University of Science and Technology, Faculty of Mechanical and Power Engineering

• https://orcid.org/0000-0001-7224-8695

autor

Niechciał Jakub

• Wroclaw University of Science and Technology, Faculty of Mechanical and Power Engineering

• https://orcid.org/0000-0001-7660-0297

Bibliografia

• [1] Z. Malecha and K. Sierpowski, “Numerical study of the impact of blade erosion and contamination on the performance of a wind turbine (in Polish),” Instal, vol. 7-8, 2023.
• [2] L. Gao, T. Tao, Y. Liu, and H. Hu, “A field study of ice accretion and its effects on the power production of utility-scale wind turbines,” Renew Energy, vol. 167, pp. 917-928, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.12.014.
• [3] L. Hu, X. Zhu, C. Hu, J. Chen, and Z. Du, “Wind turbines ice distribution and load response under icing conditions,” Renew Energy, vol. 113, pp. 608-619, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.05.059.
• [4] W. Han, J. Kim, and B. Kim, “Effects of contamination and erosion at the leading edge of blade tip airfoils on the annual energy production of wind turbines,” Renew Energy, vol. 115, pp. 817-823, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.09.002.
• [5] A. Sareen, C. A. Sapre, and M. S. Selig, “Effects of leading edge erosion on wind turbine blade performance,” Wind Energy, vol. 17, no. 10, pp. 1531-1542, 2014, doi: https://doi.org/10.1002/we.1649.
• [6] Z. Malecha, “Economic analysis and power capacity factor estimation for an offshore wind farm in the Baltic Sea (in Polish),” Instal, vol. 01, pp. 4-11, 2023, doi: 10.36119/15.2023.1.1.
• [7] Z. Malecha and M. Chorowski, “Estimation of Wind Farm Losses Using a Jensen Model Based on Actual Wind Turbine Characteristics for an Offshore Wind Farm in the Baltic Sea,” Computation, vol. 13, no. 1, p. 20, Jan. 2025, doi: 10.3390/computation13010020.
• [8] Z. Malecha and G. Dsouza, “Modeling of Wind Turbine Interactions and Wind Farm Losses Using the Velocity-Dependent Actuator Disc Model,” Computation, vol. 11, no. 11, 2023, doi: 10.3390/computation11110213.
• [9] “Our World in Data.” Accessed: Apr. 16, 2025. [Online]. Available: https://ourworldindata.org/
• [10] “Statista,” https://www.statista.com. Accessed: Apr. 16, 2025. [Online]. Available: https://www.statista.com
• [11] R. J. Barthelmie, G. C. Larsen, and S. C. Pryor, “Modeling Annual Electricity Production and Levelized Cost of Energy from the US East Coast Offshore Wind Energy Lease Areas,” Energies (Basel), vol. 16, no. 12, p. 4550, Jun. 2023, doi: 10.3390/en16124550.
• [12] S. G, S. A, W. E, I. B. S, P. B, and L. A. R, IEA Wind Task 26: Offshore Wind Farm: Baseline Documentation. Denver (USA, CO): National Renewable Energy Laboratory (NREL), 2016. [Online]. Available: http://www.nrel.gov/
• [13] T. Stehly, P. Beiter, and P. Duffy, “2019 Cost of Wind Energy Review,” 2020.
• [14] D. Morawiec, “Levelized Cost of Electricity (LCOE) as a Comparative Indicator of Production Costs Across Different Energy Sources (in Polish),” Energetyka, vol. 776, no. 2, pp. 71-76, 2019, [Online]. Available: https://stara.elektroenergetyka.pl/numer/224/streszczenia.html
• [15] “SMARD,” https://www.smard.de/page/en/topic-article/5892/215704. Accessed: Apr. 17, 2025. [Online]. Available: https://www.smard.de/page/en/topic-article/5892/215704
• [16] M. Chorowski and Z. Malecha, “Limits of Implementing Energy Technologies Proposed by the European Green Deal,” in Green Deal or Mirage of Transformation?, A. Bartoszewicz, Ed., Gdansk: Fundacja Promocji Solidarności, 2025, pp. 88-106. Accessed: Apr. 18, 2025. [Online]. Available: https://preczzzielonymladem.pl/greendeal/
• [17] M. Lee and D. Keith, “Climatic Impacts of Wind Power,” Joule, vol. 2, no. 12, 2018, doi: doi.org/10.1016/j.joule.2018.09.009.