Možda ste ih vidjeli dok se vozite kroz prirodu. Ili ste ih možda vidjeli tek uz obalu, a na horizontu su se nalazili veliki nožići sa svojim okretnim noževima. Potom ste ih možda vidjeli na nečijem krovu ili kao dio manje urbane operacije. Bez obzira na lokaciju, vjetroturbine i vjetroelektrane postaju sve češća karakteristika u modernom svijetu.
Veliki dio toga ima veze s prijetnjom klimatskih promjena, zagađivanjem zraka i željom da se čovječanstvo ukloni iz njegove ovisnosti o fosilnim gorivima. A kad je riječ o alternativnoj i obnovljivoj energiji, očekuje se da bi vjetroelektrana zauzela drugi najveći udio tržišta u budućnosti (nakon sunčanja). Ali kako točno rade vjetrenjače?
Opis:
Zračne turbine su uređaji koji kinetičku energiju vjetra i promjene protoka zraka pretvaraju u električnu. Općenito, sastoje se od sljedećih komponenti: rotora, generatora i strukturne potporne komponente (koja može biti u obliku kule, mehanizma za grickanje rotora ili oboje).
Rotor se sastoji od lopatica koje hvataju energiju vjetra i osovine, koja energiju vjetra pretvara u rotacijsku energiju male brzine. Generator - koji je spojen na osovinu - pretvara sporu rotaciju u visoku u električnu energiju koristeći niz magneta i vodiča (koji se obično sastoji od zamotane bakrene žice).
Kad se magneti okreću okolo s bakrenom žicom, tada nastaje razlika u električnom potencijalu, stvarajući napon i električnu struju. Konačno, tu je i konstrukcijska potporna komponenta koja osigurava da turbina ili stoji na dovoljno visokim visinama da optimalno zabilježi promjene tlaka vjetra i / ili da se okrene u smjeru strujanja vjetra.
Vrste vjetrenjača:
Trenutno postoje dvije glavne vrste vjetroagregata - vjetroturbine s horizontalnom osovinom (HAWT) i vjetroturbine s vertikalnom osovinom (VAWT). Kao što naziv govori, horizontalne vjetroturbine imaju glavno vratilo i električni generator na vrhu kule, s lopaticama usmjerenim u vjetar. Turbina je obično postavljena prema vjetru svoga potpornog tornja, jer bi toranj vjerojatno stvorio turbulencije iza nje.
Turbine okomite osi (opet, kao što naziv govori) imaju osovinu glavnog rotora smještene okomito. Tipično su one manje prirode i ne moraju ih biti usmjerene u smjeru vjetra da bi se rotirali. Na taj način mogu iskoristiti prednost promjenjivog vjetra u smjeru vjetra.
Općenito, vjetroturbine horizontalne osi smatraju se učinkovitijima i mogu proizvesti više snage. Iako vertikalni model stvara manje električne energije, može ga se postavljati na niže nadmorske visine i treba mu manje na način da sastavni dijelovi (posebno mehanizam za probijanje). Vjetrenjače se također mogu podijeliti u tri opće skupine na temelju njihovog dizajna, koji uključuje modele Towered, Savonius i Darrieus.
Model s nagibom najkonvencionalniji je oblik HAWT-a, koji se sastoji od tornja (kao što bi ime i sugeriralo) i niza dugačkih noževa koji sjede ispred (i paralelno s) tornja. Savonis je VAWT model koji se oslanja na oblikovane noževe (lopate) za hvatanje vjetra i vrtnje. Obično su niske učinkovitosti, ali imaju korist od samopokretanja. Ove vrste turbina često su dio krovnih vjetrenjača ili su postavljene na morskim plovilima.
Model Darrieus, također poznat kao "Eggbeater" turbina, nazvan je po francuskom izumitelju koji je uložio u dizajn - Georgesu Darrieusu. Ovaj model VAWT koristi niz vertikalnih noževa koji sjede paralelno s okomitim nosačem. Obično su niske učinkovitosti, zahtijevaju dodatni rotor da se počnu okretati, stvarati veliki okretni moment i postaviti veliki stres na toranj. Stoga se smatraju nepouzdanim kako dizajni idu.
Povijest razvoja:
Snaga vjetra tisućama se godina koristila za potiskivanje jedra, vjetrenjače ili za stvaranje pumpi vode. Najraniji poznati primjeri potječu iz središnje Azije, gdje su vjetrenjače korištene u drevnoj Perziji (Iran) stare između 500 i 900 CE. Tehnologija se počela pojavljivati u Europi tijekom srednjeg vijeka, a postala je uobičajena značajka do 16. stoljeća.
Do 19. stoljeća, razvojem električne energije, izgrađene su prve vjetroturbine sposobne za proizvodnju električne energije. Prvi ga je 1887. godine instalirao škotski akademik James Blyth kako bi osvijetlio svoju kuću za odmor u Marykirku u Škotskoj. 1888. američki izumitelj Charles F. Brush sagradio je prvu automatiziranu vjetrenjaču koja je napajala njegov dom u Clevelandu u Ohiju.
Početkom 20. stoljeća vjetrenjače su postale uobičajeno sredstvo za napajanje domova u udaljenim područjima (poput seoskih farmi). 1941. godine u Vermontu je instalirana prva vjetroturbina klase megavata i pričvršćena na lokalnu komunalnu mrežu. Godine 1951., Velika Britanija je instalirala prvu vjetroturbanu na mrežni pogon na Orkney.
Do 1970-ih, istraživanje i razvoj tehnologije vjetroagregata znatno su napredovali zahvaljujući OPEC-ovoj krizi i prosvjedima protiv nuklearne energije. U sljedećim desetljećima, udruge i lobisti posvećeni alternativnoj energiji počeli su se pojavljivati u zapadnoeuropskim zemljama i Sjedinjenim Državama. U posljednjem desetljeću 20. stoljeća slični napori pojavili su se u Indiji i Kini zbog rastućeg onečišćenja zraka i sve veće potražnje za čistom energijom.
Snaga vjetra:
U usporedbi s drugim oblicima obnovljivih izvora energije, vjetroelektrana se smatra vrlo pouzdanom i postojanom, jer je vjetar postojan iz godine u godinu i ne umanjuje se u vrijeme najvećih sati potražnje. U početku je izgradnja vjetroelektrana bila skupi pothvat. Ali zahvaljujući nedavnim poboljšanjima, vjetroelektrana je započela s postavljanjem vrhunskih cijena na veleprodajnim energetskim tržištima širom svijeta i ubrala se u prihode i dobit industrije fosilnih goriva.
Prema izvješću koje je Ministarstvo energetike objavilo u ožujku 2015., rast vjetroelektrane u Sjedinjenim Državama mogao bi dovesti do još više visoko kvalificiranih radnih mjesta u mnogim kategorijama. Dokument, naslovljen „Vjetar vjetra: novo doba za vjetroelektrane u Sjedinjenim Državama“, ukazuje da bi industrija do 2050. mogla predstavljati čak 35% američke proizvodnje električne energije.
Pored toga, 2014. godine Globalno vijeće za energiju vjetra i Greenpeace International zajedno su objavili izvješće pod nazivom „Globalni izgledi energije vjetra za 2014.“. Ovo izvješće navodi da bi vjetroelektrane širom svijeta do 2050. mogle osigurati čak 25 do 30% globalne električne energije. U vrijeme pisanja izvješća, komercijalne instalacije u više od 90 zemalja imale su ukupni kapacitet od 318 gigavata (GW), osiguravajući oko 3,1% globalne ponude.
To predstavlja skoro šesnaest puta povećanje stope usvajanja od 2000. godine, kada je vjetroelektrana iznosila manje od 0,2%. Drugi način na koji bismo to mogli pogledati je reći da se tržišni udio vjetroelektrane udvostručio četiri puta u manje od 15 godina. To je drugo mjesto po solarnoj energiji, koja se udvostručila sedam puta u istom razdoblju, ali i dalje prati vjetar u odnosu na njen ukupni tržišni udio (na oko 1% do 2014.).
U pogledu njegovih nedostataka, jedno od dosljedno postavljenih pitanja je utjecaj vjetroagregata na lokalnu divljinu i poremećaj koji njihova prisutnost ima na lokalni krajolik. No, često se pokazalo da ove zabrinutosti povećavaju posebne interesne skupine i lobisti koji žele diskreditirati vjetroelektrane i druge obnovljive izvore energije.
Na primjer, studija iz 2009. godine koju je objavila Nacionalna laboratorija za obnovljivu energiju utvrdila je da izgradnja velikih vjetroelektrana trajno smeta manje od 1 hektara po megavatu, a manje od 3,5 hektara po megavatu privremeno je uznemireno. Ista studija zaključila je da su utjecaji relativno niski na divlje životinje ptica i šišmiša te da isti zaključci vrijede i za priobalne platforme.
Po cijelom svijetu vlade i lokalne zajednice nastoje uključiti energiju kako bi zadovoljile svoje energetske potrebe. U doba porasta cijena goriva, rastuće zabrinutosti zbog klimatskih promjena i poboljšanja tehnologije, ovo nije iznenađujuće. Po sadašnjoj stopi prihvaćanja vjerovatno je da će to biti jedan od najvećih izvora energije do sredine stoljeća.
Svakako uživajte u ovom videu o vjetrenjačama, ljubaznošću NASA-inog istraživačkog centra Lewis:
Ovdje smo pisali mnoge zanimljive članke o vjetrenjačama i vjetroelektrani u časopisu Space Magazine. Evo što je alternativna energija? Što su fosilna goriva? Koje su različite vrste obnovljivih izvora energije? Snaga vjetra na moru (uz pomoć svemira) i može li se svijet pokretati solarnom i vjetroelektranom?
Dodatne informacije potražite u članku Kako djeluje Stuff o povijesti i mehanici vjetroelektrane i NASA-inoj stranici Zeleni prostor.
Astronomy Cast također ima neke epizode koje su relevantne za temu. Evo epizode 51: Zemlja i epizoda 308: Klimatske promjene.
izvori:
- Wikipedia - Vjetrenjača
- NASA - Vjetar promjene
- Ministarstvo energetike - Kako djeluju vjetrenjače?
- Američka agencija za energetiku - Vrste vjetrenjača
