Morda ste jih videli med vožnjo po podeželju. Ali pa ste jih morda videli tik ob obali, ki so se na obzorju z velikimi vrtavkami vrtele na obzorju. Potem ste jih morda videli na strehi nekoga ali kot del majhne urbane operacije. Ne glede na lokacijo postajajo vetrnice in vetrna energija v sodobnem svetu vse bolj pogosta značilnost.
Velik del tega je povezan z grožnjo podnebnih sprememb, onesnaževanjem zraka in željo, da bi človeštvo odvrnilo od njegove odvisnosti od fosilnih goriv. In če gre za alternativno in obnovljivo energijo, naj bi vetrna energija v prihodnosti (po sončni energiji) zasedla drugi največji delež na trgu. Toda kako natančno delujejo vetrnice?
Opis:
Zračne turbine so naprave, ki kinetično energijo vetra in spremembe pretoka zraka pretvorijo v električno. Na splošno so sestavljene iz naslednjih komponent: rotorja, generatorja in konstrukcijskega podpornega sestavnega dela (ki je lahko v obliki stolpa, mehanizma nihanja rotorja ali obojega).
Rotor je sestavljen iz lopatic, ki zajemajo energijo vetra, in gredi, ki energijo vetra pretvori v rotacijsko energijo z nizkimi hitrostmi. Generator - ki je priključen na gred - pretvarja počasno vrtenje v visoko v električno energijo s pomočjo niza magnetov in prevodnika (ki je običajno sestavljen iz zvite bakrene žice).
Ko se magneti vrtijo z bakreno žico, nastane razlika v električnem potencialu, ki ustvarja napetost in električni tok. Nazadnje je tu še konstrukcijska podporna komponenta, ki zagotavlja, da je turbina bodisi dovolj visoka, da optimalno zajame spremembe tlaka vetra in / ali se obrne v smeri pretoka vetra.
Vrste vetrnic:
Trenutno obstajata dve glavni vrsti vetrnih turbin - vetrne turbine s horizontalno osjo (HAWT) in vetrne turbine z vertikalno osjo (VAWT). Kot bi ime nakazovalo, imajo vodoravne vetrne turbine glavno gred rotorja in električni generator na vrhu stolpa z rezili, usmerjenimi v veter. Turbina je običajno nameščena navzven njenega nosilnega stolpa, saj stolp verjetno povzroča turbulenco za njo.
Turbine z navpično osjo (še enkrat, kot že ime pove) imajo glavno gred rotorja nameščeno navpično. Običajno so te manjše narave in jih ni treba usmeriti v smeri vetra, da bi se lahko vrteli. Tako lahko izkoristijo veter, ki se spreminja glede na smer.
Na splošno velja, da so vetrne turbine s horizontalno osjo učinkovitejše in lahko proizvedejo več energije. Čeprav navpični model proizvaja manj električne energije, ga je mogoče postaviti na manjše višine in potrebuje manj sestavnih delov (zlasti mehanizma nihanja). Vetrne turbine lahko tudi glede na njihovo zasnovo razdelimo v tri splošne skupine, ki vključujejo modele Towered, Savonius in Darrieus.
Model s spuščanjem je najbolj običajna oblika HAWT, sestavljen iz stolpa (kot bi ime namigalo) in niza dolgih nožev, ki sedijo pred (in vzporedno s) stolpom. Savonis je model VAWT, ki se zanaša na veter in vrti. Na splošno so nizke učinkovitosti, vendar imajo korist od samostojnega zagona. Te vrste turbin so pogosto del vetrov na strehi ali nameščene na morskih plovilih.
Model Darrieus, znan tudi kot turbina "Eggbeater", je poimenovan po francoskem izumitelju, ki je zasnoval pionir - Georgesu Darrieusu. Ta model VAWT uporablja vrsto navpičnih rezil, ki sedijo vzporedno z navpično oporo. Običajno so nizkega izkoristka, potrebujejo dodaten rotor, da se začnejo vrteti, ustvariti velik navor in postaviti velik stres na stolp. Zato se zanje šteje, da niso zanesljivi.
Zgodovina razvoja:
Vetrna energija se že tisoč let uporablja za potiskanje jader, moč vetrnic ali za ustvarjanje tlaka za vodne črpalke. Najstarejši znani primeri prihajajo iz Srednje Azije, kjer so vetrnice, ki so jih uporabljali v starodavni Perziji (Iran), nastali med 500 in 900 CE. Tehnologija se je v Evropi začela pojavljati že v srednjem veku, skupna značilnost pa je postala že v 16. stoletju.
Do 19. stoletja so z razvojem električne energije zgradili prve vetrnice, ki so sposobne proizvajati električno energijo. Prvi ga je leta 1887 namestil škotski akademik James Blyth, da je razsvetlil svoj počitniški dom v Marykirku na Škotskem. Leta 1888 je ameriški izumitelj Charles F. Brush zgradil prvo avtomatizirano vetrnico, ki je napajala njegov dom v Clevelandu v Ohiu.
Do začetka 20. stoletja so vetrnice začele postajati običajno sredstvo za napajanje domov na odročnih območjih (kot so kmetije). Leta 1941 so v Vermontu postavili prvo vetrnico turbine megavata in jo pritrdili na lokalno komunalno omrežje. Leta 1951 je Združeno kraljestvo postavilo svojo prvo vetrno turbino, povezano z omrežjem, na Orknejske otoke.
V 70. letih prejšnjega stoletja so raziskave in razvoj vetrne tehnologije znatno napredovali zaradi krize OPEC in protestov proti jedrski energiji. V naslednjih desetletjih so se v zahodnoevropskih državah in ZDA začela pojavljati združenja in lobisti, posvečeni alternativni energiji. V zadnjem desetletju 20. stoletja so se podobna prizadevanja pojavila v Indiji in na Kitajskem zaradi naraščajočega onesnaženja zraka in vse večjega povpraševanja po čisti energiji.
Vetrna energija:
V primerjavi z drugimi oblikami obnovljivih virov energije vetrna energija velja za zelo zanesljivo in stabilno, saj je veter skladen iz leta v leto in se ne zmanjša v času največjih ur povpraševanja. Sprva je bila gradnja vetrnih elektrarn drag podvig. Toda zahvaljujoč nedavnim izboljšavam je vetrna energija začela postavljati najvišje cene na veleprodajnih energetskih trgih po vsem svetu in zmanjšala prihodke in dobičke industrije fosilnih goriv.
Glede na poročilo, ki ga je ministrstvo za energetiko izdalo marca 2015, bi lahko rast vetrne energije v ZDA privedla do še bolj visoko kvalificiranih delovnih mest v številnih kategorijah. Dokument z naslovom "Wind Vision: New Era for Wind Power v ZDA" navaja, da bi industrija do leta 2050 lahko predstavljala kar 35% ameriške električne energije.
Poleg tega sta leta 2014 Global Wind Energy Council in Greenpeace International skupaj objavila poročilo z naslovom „Global Wind Outlook 2014“. To poročilo navaja, da bi lahko vetrna energija do leta 2050 zagotovila kar 25 do 30% svetovne električne energije. V času pisanja poročila so komercialne naprave v več kot 90 državah imele skupno 318 gigavatov (GW), kar zagotavlja približno 3,1% svetovne ponudbe.
To je skoraj šestnajstkratno povečanje stopnje sprejetja od leta 2000, ko je vetrna energija znašala manj kot 0,2%. Drug način za to bi bil, če rečemo, da se je tržni delež vetrne energije v manj kot 15 letih podvojil štirikrat. To jo uvršča le na sončno energijo, ki se je v istem obdobju podvojila sedemkrat, vendar še vedno sledi vetru glede na njen skupni tržni delež (do leta 2014 znaša približno 1%).
V smislu njegovih pomanjkljivosti je eno od dosledno postavljenih vprašanj vpliv vetrnih turbin na lokalno prostoživeče živali in motenje njihove prisotnosti na lokalno pokrajino. Vendar se pogosto izkaže, da te pomisleke napihujejo posebne interesne skupine in lobisti, ki želijo diskreditirati vetrno energijo in druge obnovljive vire energije.
Študija iz leta 2009, ki jo je objavil Nacionalni laboratorij za obnovljivo energijo, je na primer ugotovila, da gradnja velikih vetrnih elektrarn trajno moti manj kot 1 hektar na megavat, manj kot 3,5 hektarja na megavat pa začasno moti. Ista študija je ugotovila, da so vplivi na prostoživeče živali na pticah in netopirjih razmeroma majhni ter da enaki sklepi veljajo tudi za obalne platforme.
Vlade in lokalne skupnosti si po vsem svetu prizadevajo za pridobivanje energije, da bi zadovoljile svoje energetske potrebe. V dobi naraščajočih cen goriv, vse večje zaskrbljenosti zaradi podnebnih sprememb in izboljšanja tehnologije to skoraj ni presenetljivo. Po trenutni hitrosti sprejetja bo verjetno eden največjih virov energije do sredine stoletja.
Bodite prepričani, da boste uživali v tem videoposnetku o vetrnicah, ki ga je omogočil Nasin raziskovalni center Lewis:
Tukaj smo napisali veliko zanimivih člankov o vetrnicah in moči vetra tukaj pri reviji Space. Tukaj je tisto, kar je alternativna energija? Kaj so fosilna goriva? Kaj so različne vrste obnovljivih virov energije? Vetrna energija na oceanu (s pomočjo vesolja) in ali bi lahko svet tekel s sončno in vetrno energijo?
Če želite več informacij, si oglejte članek o tem, kako deluje Stuff o zgodovini in mehaniki vetrne energije, in Nasino stran Zeleni prostor.
Astronomy Cast ima tudi nekaj epizod, ki so pomembne za zadevo. Tu je epizoda 51: Zemlja in epizoda 308: Podnebne spremembe.
Viri:
- Wikipedia - vetrnica
- NASA - veter sprememb
- Ministrstvo za energijo - Kako delujejo vetrnice?
- Ameriška informacijska agencija za energijo - Vrste vetrnic
