Energia wiatru

Wiatr jest to poziomy ruch powietrza względem powierzchni Ziemi. Jest wynikiem różnic ciśnienia atmosferycznego, gdzie powietrze przemieszcza się od wyższego do niższego ciśnienia. Wiatr jest produktem słońca – jest to czysta energia słoneczna.

Energia wiatru pochodzi z konwersji energii kinetycznej przemieszczających się mas powietrza w energię użytkową np. za pomocą turbin wiatrowych w energię elektryczną; wykorzystywana jest także jako energia mechaniczna w młynach i pompach wiatrowych oraz jako źródło napędu jachtów.

Aby przetworzyć energię kinetyczną wiatru w energię mechaniczną (np. do produkcji energii elektrycznej) stosuje się turbiny wiatrowe. Turbiny wiatrowe posiadają łopaty, które obracane są dzięki sile wiatru. Mogą obracać się wokół osi poziomej lub pionowej. Turbiny o poziomej osi obrotu wyglądają jak wielkie i smukłe wiatraki, posiadają wirnik z łopatami umieszczony na górze wieży. Wieże wiatrowe muszą być bardzo wysokie, aby złapać wiatr z wiejący największą prędkością. Turbiny o pionowej osi obrotu posiadają dwie lub trzy łopaty, które wirują wokół pionowego masztu. Główną zaletą pionowej turbiny wiatrowej jest fakt, że nie musi być skierowana pod wiatr, aby była skuteczna. Turbiny takie wytwarzają mniej energii elektrycznej niż turbiny o poziomej osi obrotu, ponieważ łopaty znajdują się bliżej ziemi, gdzie wiatr jest spowalniany przez przeszkody, takie jak budynki czy drzewa.

Wind2 pl maly

Rysunek. 1 Budowa turbiny. Składa się ona z umocowanych na szczycie łopat tworzących wirnik. Wirnik połączony jest poprzez wał z wirnikiem alternatora. Kiedy się obraca, wytwarzany jest prąd.

Turbiny wiatrowe mogą być budowane zarówno na lądzie, jak i na wodzie, przy czym na farmach morskich możliwy jest większy uzysk energii. Lokalizacja takich farm jest także mniej kłopotliwa dla skupisk ludzkich, jednak przyłączenie takiej elektrowni do sieci jest dużo bardziej skomplikowane.

FAKTY: Największe lądowe farmy wiatrowe znajdują się w USA. Największą farmą wiatrową usytuowaną na morzu jest Walney Wind Farm w Wielkiej Brytanii o mocy 367 MW. Największa na świecie pływająca turbina wiatrowa pracuje 10 kilometrów od brzegu na południowy zachód od Karmøy w Norwegii, pływa na wodzie o głębokości 220 metrów. Rozpoczęła działalność we wrześniu 2009 roku i wykorzystuje turbinę o mocy 2,3 MW. Kolejnym "wielkim" przykładem jest Dania, która wytwarza prawie 20% energii elektrycznej z wiatru - jest to największy udział spośród wszystkich krajów na świecie.

Małe Elektrownie Wiatrowe

Małe elektrownie wiatrowe to nazwa nadana dla systemów przetwarzania energii z wiatru ze zdolnością produkcji do 50 kW.

W odróżnieniu od dużych turbin wiatrowych mogą być stosowane tam, gdzie panują mniej korzystne warunki wietrzne. Nie potrzebują dużego niezabudowanego terenu, nie emitują uciążliwego szumu, jaki wytwarzają końcówki łopat większych generatorów. Mogą być instalowane w miastach na słupach oświetleniowych oraz na dachach budynków.

Zastosowanie małych elektrowni wiatrowych

Małe elektrownie wiatrowe znajdują szerokie zastosowanie do zasilania samodzielnych systemów telekomunikacyjnych i nawigacyjnych, gospodarstw oraz domów letniskowych, pompowni, oświetlenia wolnostojących obiektów oraz wielu innych systemów znajdujących się w znacznej odległości od sieci energetycznej. Małe elektrownie wiatrowe często współpracują w systemach hybrydowych z modułami fotowoltaicznymi. Taka kombinacja to niezawodne i optymalne rozwiązanie zaspokajające zapotrzebowanie na energię.

tabela pl

Rysunek. 2. Różne zastosowania małych elektrowni wiatrowych

 Dlaczego warto stosować turbiny wiatrowe?

Wiatr jest obfitym i niezawodnym źródłem energii.

Postawienie turbiny wiatrowej wiąże się z jednorazowym kosztem instalacji - potem elektryczność wytwarzana przez turbiny jest praktycznie darmowa.

Turbiny wiatrowe to niezwykle solidna technologia, która przeznaczona jest do pracy zarówno w obrębie lokalnej sieci, jak i w miejscach niedostępnych oraz wymaga jedynie okresowej konserwacji.

Wykorzystanie energii wiatru ma mniejszy wpływ na środowisko niż innych źródeł energii. Nie powoduje emisji gazów cieplarnianych i innych zanieczyszczeń. Turbina wiatrowa pozostawia mały ślad w środowisku w stosunku do ilości energii elektrycznej, którą może wygenerować.

Gdzie stosować turbiny wiatrowe?

Z reguły prędkość wiatru wzrasta wraz z wysokością i nad otwartymi przestrzeniami. Odpowiednimi lokalizacjami dla elektrowni wiatrowych są gładkie, zaokrąglone wierzchołki wzgórz, otwarte równiny czy linia brzegowa, przesmyki górskie, w których wieją wiatry fenowe. Prędkość wiatru zmienia się w ciągu dnia oraz w różnych miesiącach i porach roku. Badanie warunków wietrznych charakterystycznych dla danego obszaru polega na identyfikacji dwóch głównych cech: prędkości i kierunku wiatru.

Podstawą budowy elektrowni wiatrowej jest rzetelny audyt wietrzności. Jest to szczegółowe badanie wszystkich kluczowych elementów, które określają, czy dany obszar jest odpowiedni dla rozwoju energetyki wiatrowej. Zawiera on między innymi oszacowanie minimalnej energii, którą może wyprodukować urządzenie ustawione na maszcie o danej wysokości i w określonym miejscu. Pomiar wiatru (zalecany jest 12 miesięczny okres) odbywa się za pomocą masztu pomiarowego ustawionego na danej wysokości.

Schemat poniżej pokazuje, jakie przeszkody dla wiatru mogą występować i w jaki sposób ich uniknąć.

Wind pl

Rysunek. 3  Lokalizacja różnych turbin wiatrowych

Elektrownie wiatrowe wykorzystują siłę wiatru w zakresie prędkości od 4 do 25 m/s. Przy prędkości wiatru mniejszej od 4 m/s siła wiatru jest niewielka, a przy prędkościach powyżej 25 m/s ze względów bezpieczeństwa elektrownia jest zatrzymywana.

W przypadku małych elektrowni wiatrowych pomiar wiatru przeprowadza się w miejscu wybranym pod lokalizację małej turbiny wiatrowej. Pomiar trwa nie krócej niż trzy miesiące i zostaje zakończony, jeżeli wyniki są zgodne z ogólną tendencją warunków wiatrowych danego obszaru.

FAKTY: Turbiny wiatrowe w komercyjnych zastosowaniach wytwarzają od poniżej 1 MW do około 5 MW w przeliczeniu na jedno urządzenie. Moc reaktorów jądrowych używanych do produkcji energii wynosi od ok. 600 MW do około 1300 MW. Zakładając, że moc turbin wiatrowych wynosi średnio 2 MW, 433 turbiny wiatrowe są potrzebne, by dorównać elektrowni jądrowej przy założeniu, że wiatr wieje 24 godziny na dobę 7 dni w tygodniu.

Jakie są potencjalne przeszkody?

Głównym ograniczeniem w wykorzystaniu energii wiatrowej jest to, że prąd nie jest wytwarzany, gdy nie wieje wiatr. Poza tym farmy wiatrowe (podobnie jak kolektory słoneczne) wymagają zagospodarowania ogromnych ilości terenu. Do produkcji każdego kilowata energii elektrycznej potrzeba 20 razy więcej powierzchni niż w przypadku konwencjonalnych elektrowni korzystających z węgla lub gazu ziemnego.

Turbiny wiatrowe są hałaśliwe. Każda może generować taki sam poziom hałasu jak jadący samochód osobowy. Łopaty turbin wiatrowych mogą stanowić śmiertelną przeszkodę dla ptaków, które próbują latać pomiędzy nimi.

Farmy wiatrowe stosunkowo trudno wtapiają się w środowisko, co wpływa na estetykę krajobrazu.

 

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem