Vetrna energija

Veter je zrak v horizontalnem gibanju po zemljskem površju. Veter nastane zaradi razlike v pritisku, kjer zrak pospeši od visokega do nizkega pritiska. Veter je proizvod sončne svetlobe – čista sončna energija.

Moč vetra nastane iz pretvorbe vetrne energije (kinetične energije zraka v gibanju) v uporabno obliko energije, kot je uporaba vetrnic za nastanek električne energije, mlinov na veter za mehansko energijo, vetrnih črpalk za črpanje vode ali jader za poganjanje ladij.

Za pretvorbo kinetične energije vetra v mehansko energijo (npr. za proizvodnjo elektrike) se uporablja naprava imenovana vetrnica. Vetrnice imajo lopate, ki rotirajo ob moči vetra. Te turbine se lahko vrtijo okrog vodoravne ali navpične osi. Vetrnice s horizontalnimi osmi izgledajo kot ogromni, ampak vitki mlini na veter in imajo električni generator z lopatami na vrhu stolpa. Vetrni stolpi morajo biti zelo visoki, da ujamejo veter z najvišjo hitrostjo. Turbine z vertikalnimi osmi imajo dve ali tri lopate, ki se vrtijo okrog vertikalne ali pokončne grede. Ključna prednost vertikalne vetrnice je dejstvo, da ne rabi biti usmerjena v veter, da je učinkovita. Turbine z vertikalnimi osmi proizvedejo manj električne energije kot turbine s horizontalnimi osmi, ker imajo lopate bliže tlem, kjer se veter upočasni zaradi ovir kot so drevesa.

wind11

Slika 1. Anatomija vetrnega generatorja. Vetrno turbino sestavljajo lopate, ki so pritrjene na središče. Tvorijo rotor. Rotor na tej skici je pritrjen preko grede na rotor alternatorja. Ko se vrti, proizvaja elektriko.

Velikosti vetrnic so zelo različne – od majhnih turbin za napajanje ene zgradbe do ogromnih vetrnih naprav. Skupina vetrnic na eni lokaciji se ponavadi imenuje vetrno polje.

Vetrno polje se lahko nahaja na morju ali na obali. Večji energetski donos je možen na poljih na morju in njihova lokalizacija je manj moteča za centre prebivalcev. Po drugi strani je povezava polj (ki so proč od obale) z omrežji bolj zapletena.

DEJSTVA: Največja operativna vetrna polja na kopnem, se nahajajo v ZDA. Največje vetrno polje na morju s kapaciteto 367 MW pa je Walney vetrno polje v Združenem kraljestvu. Največja plavajoča vetrna turbina na svetu, obratuje na morju, 10 kilometrov od obale, v 220 metrov globoki vodi, jugozahodno od Karmøya na Norveški. Obratovati je začela septembra 2009 in uporablja 2.3 MW turbine. Drugi »večji« primer je Nemčija, ki pridobi skoraj 20% vse elektrike iz vetra – to je največji delež katerekoli države.

Majhne vetrne elektrarne

Vetrna energija manjšega obsega je ime za sisteme vetrne energije z zmogljivostjo za proizvodnjo do 50 kW električne energije.

V nasprotju z velikimi vetrnicami, se lahko majhne vetrne elektrarne uporabljajo tam, kjer so manj ugodni vetrni pogoji. Ne potrebujejo velike količine neobdelane zemlje in ne oddajajo motečega hrupa, kot veliki vetrni generatorji. Namestiti jih je mogoče na mestne svetilke, stebre ali strehe stavb.

Uporaba majhnih vetrnih elektrarn

Majhne vetrne turbine se pogosto uporabljajo za napajanje samostojnih telekomunikacijskih in navigacijskih sistemov, kmetijskih gospodarstev in poletnih hiš, črpanje, osvetlitev samostojnih objektov in številne druge oddaljene sisteme, ki so ločeni od omrežij. Majhne vetrne elektrarne pogosto sodelujejo pri hibridnih sistemih s fotovoltaičnimi moduli. Taka kombinacija je zanesljiva in optimalna rešitev za zadovoljevanje lokalnih potreb po energiji.

wind3

Slika 2. Uporaba majhnih vetrnih elektrarn

 Zakaj uporabljati vetrnice?

Veter je bogat in zanesljiv vir energije.

Obstaja samo enkratni namestitveni strošek za vzpostavitev vetrnega generatorja – kasneje proizvedena električna energija vetrnic je brezplačna.

Vetrnice uporabljajo ekstremno robustno tehnologijo, ki je zasnovana tako za lokalno kot daljinsko upravljanje in potrebuje zgolj redno vzdrževanje.

Uporaba vetrne energije ima manjše vplive na okolje kot uporaba številnih drugih energetskih virov. Ne povzroča emisije toplogrednih plinov ali drugega onesnaževanja. Vetrnica ima majhno ekološko sled, glede na količino električne energije, ki jo lahko proizvede.

Kje uporabljati vetrnice?

Praviloma hitrost vetra narašča z nadmorsko višino in bolj odprtih območjih, ki nimajo protivetrne zaščite. Dobre lokacije za vetrnice so ravni vrhovi, zaobljeni griči, odprte ravnice ali obale in gorske vrzeli, ki proizvajajo veter. Hitrost vetra se spreminja tekom dneva in glede na mesec in sezono. Študija vetrnih razmer na določenem območju je sestavljena iz identifikacije dveh glavnih lastnosti vetra: hitrosti in smeri.

Osnova za izgradnjo vetrne elektrarne je verodostojna vetrna študija izvedljivosti. To je podrobna študija o vseh ključnih vprašanjih, ki določajo ali je lokacija primerna za razvoj vetrne energije. Ta vključuje med drugim oceno minimalne energije, ki jo lahko proizvede naprava na določeni višini in na določenem mestu. Vetrna meritev (priporoča se 12 mesečno obdobje) se opravi z opazovanjem droga določene višine.

Spodnja slika kaže kako lahko delujejo vetrne ovire in kako se jim izogniti.

wind21

Slika 3.   Lokacija za vetrnice

Vetrne elektrarne ponavadi uporabljajo hitrost vetra v obsegu 4 do 25 m/s. Vetrne elektrarne s hitrostjo manjšo od 4 m/s se smatrajo za majhne. Pri hitrosti večji od 25 m/s se vetrna elektrarna ustavi iz varnostnih razlogov.

V primeru majhnih vetrnih elektrarn se meritve vetra izvajajo na kraju, ki je bil izbran za lokacijo majhne vetrne turbine. Meritve trajajo vsaj tri mesece in se zaključijo, če se rezultati skladajo s splošnimi trendi vetrnih pogojev na študijskem področju.

DEJSTVA: Vetrne turbine proizvedejo od manj kot 1 MW do okrog 5 MW na enoto, v komercialnih modelih. Nuklearni reaktorji, ki se uporabljajo za proizvodnjo električne energije, dosegajo od 600 MW do približno 1300 MW. Pod predpostavko, da vetrna turbina proizvede povprečno 2 MW, potrebujemo 433 vetrnih turbin, če želimo doseči zmogljivost nuklearne naprave, če veter piha 24 ur na dan, 7 dni na teden.

Katere so možne ovire?

Glavna omejitev moči vetra je, da ne proizvede nobene električne energije, ko veter ne piha. Poleg tega, vetrne elektrarne (kot solarni kolektorji) zahtevajo ogromne površine. Potrebujemo 20-krat več površine za proizvodnjo vsakega kilovata električne energije na vetrnem polju, kot je potrebujemo za konvencionalno elektrarno na zemeljski plin ali premog.

Vetrne turbine so glasne. Vsaka lahko ustvari enako raven hrupa kot ga ustvari potovanje družinskega avta. Lopate vetrnih turbin lahko tudi zadenejo ptice, ki poskušajo leteti med njimi.

Vetrna energija predstavlja relativno težko okoljsko integracijo, ki lahko vpliva na lepoto pokrajine.