Turbine na vetar

ENERGIJA VETRA

Kada se govori o obnovljivim energerskim resursima u sklopu iznalaženja rešenja za buduće energetske krize, energija vetra je nekako najkontroverznija i izaziva brojne polemike, naročito u pogledu efikasnosti i stepena iskorišćenja.

Vetrovi ne duvaju konstantno i jednakom brzinom ali daleko su od zanemarljivog izvora energije, a o ekološkom doprinosu nije potrebno posebno diskutovati.

 Pre svega, sama energija vetra je vid indirektnog korišćenja solarne energije, jer upravo energija Sunca delujući na okeane i atmosferu stvara vetrove. Po samoj definiciji, energija vetra je energija sadržana u snazi vetra koji duva preko površine Zemlje. Ukoliko se kultiviše, energija vetra može biti konvertovana u mehaničku energiju potrebnu za pumpanje vode, mlevenje žita i strugare u drvnoj industriji. Ako se električni generator poveže sa pokretnim delom, tj. rotorom modernih turbina, energija vetra koji okreće rotor konvertuje se u električnu energiju.

Obzirom da je vetar vid čistog, obnovljivog energetskog resura, savremene farme vetra su već do 2007. godine bile podignute u 26 zemalja sveta, uključujući Nemačku, Dansku, Indiju, Kinu i Ameriku, gde ostvaruju suplementalnu ulogu u primeni tradicionalnih, neobnovljivih resursa u energetici, pre svega uglja. Tehnička poboljšanja kao što su rotori sa većim stepenom iskorišćenja, zajedno sa povećanjem broja instaliranih turbina, potpomogla su povećanje svetskih kapaciteta primene energije vetra za skoro 150 procenata u odnosu na 1990. godinu. 2006. godine SAD su postale treći najveći proizvođač električne energije konvertovanjem energije vetra, sa preko 11.5 megavata godišnje proizvodnje.

Istorijat

Do tridesetih godina prošlog veka, vetrenjače, inače nastale u nekadašnjoj Persiji u 7. veku nove ere, koristile su se za pretvaranje energije vetra u mehanički rad potreban za pumpanje vode iz dubljih slojeva zemlje, dobijanje brašna i slično. Tek tokom tridesetih je potreba za električnom energijom potrebnom za napajanje rasvete i kućnih uređaja dovela do konstruisanja malih turbina na vetar kojima su se dopunjavali akumulatori. Ovi “punjači na vetar” su preteča malih dvokrakih ili trokrakih turbina na vetar koje su danas u primeni za elektrifikaciju udaljenih stambenih objekata i sela u zemljama u razvoju.

Naftna kriza iz sedamdesetih podstakla je napore u pravcu razvoja energije vetra kao alternativnog izvora električne energije. Mnoge zemlje su u tom periodu lansirale razvojne programe za dizajniranje turbina na vetar. Većina ovih programa je propala, ali je program usvojen u Danskoj bio veoma uspešan, tako da su osvojene nove tehnologije koje su ušle u primenu širom sveta.

Savremene turbine na vetar su rezultat evidentnog napretka na planu dizajna i materijala koji je okarakterisao osamdesete i devedesete a doveo je do velikog povećanja efikasnosti turbina. Današnje turbine za pretvaranje energije vetra u električnu energiju, dimenzija istih kao kod tradicionalnih evropskih vetrenjača, proizvode od 250 do 300 kilovata struje – skoro desetostruko više nego na početku razvoja. Svest o globalnom zagrevanju takođe je podstakla interesovanje za primenu energije vetra, krajem prošlog i početkom ovog veka. Na mnogim mestima, energija dobijena konverzijom energije vetra se nudi kao atraktivna alternativa fosilnim gorivima koja emituju ogromne količine ugljen-dioksida i stvaraju “efekat staklene bašte”.

Sastavni elementi konstrukcije turbine na vetar

1. Toranj

Unapređenja strukturalnog dizajna i konstrukcijskih materijala dovela su do izgradnje tornjeva znatno veće visine, što omogućava postavljanje rotora na višlju tačku od podloge – gde je vetar znatno veće snage. Male turbine (snage manje od jednog kilovata) montiraju se na običan stub visine od 10 do 20 metara, koji je od krivljenja i eventualnog pada zaštićen razapetim sajlama. Turbine snage od 1 do 30 kilovata se postavljaju na tubularne tornjeve ili stubove visine od 20 do 40 metara. Turbine srednjih dimenzija se u skladu sa praksom montiraju na tubularne čelične tornjeve visine od 25 do 50 m. Tornjevi turbina na vetar kroz koje su sprovedeni kablovi za struju proizvode se od metala, ojačane plastike ili betona.

2. Rotor

Rotor se sastoji od rotacione glave i krakova na koje deluje kinetička energija vetra. Skoro sve moderne turbine na vetar imaju rotore koji se obrću oko ose paralelne sa podlogom. Okrećući se, rotor okreće i osovinu koja konvertuje energiju vetra u mehaničku energiju. Okretanje osovine pokreće generator koji konvertuje mehaničku energiju u električnu. Iako neke moderne turbine na vetar imaju krakove izrađene od kompozitnog drveta, oni se po pravilu proizvode od fiberglasa, lakog i veoma jakog materijala koji se pravi od poliesternih smola i fibera stakla. Aluminijum i čelik nisu našli primenu u izradi ovih rotora: aluminijum nije otporan na konstantno naprezanje usled jakog vetra a čelik je pretežak. Male turbine imaju ugrađen i mali stabilizator sličan vetrokazu koji ih drži uvek usmerene u smeru odakle duva vetar a veće turbine imaju instalirane elektromotore koji ih mehanički okreću u željenom smeru.

3. Generator

Generator konvertuje mehaničku energiju sa rotora u električnu. Većina turbina koristi sklop generatora i transmisije a u mnogima su ugrađena dva generatora, jedan za slabiji a drugi za snažan vetar. Druge turbine imaju ugrađen jedan generator sa dvostrukim električnim namotajima koji imaju istu namenu kao i kombinacija velikog i malog generatora. Neke turbine na vetar imaju instaliran poseban tip generatora koji je direktno povezan na rotor, dakle bez transmisije.

Dimenzije turbina

Turbine na vetar se uglavnom mogu podeliti na tri klase: male, srednje i velike. Male turbine imaju proizvodni kapacitet 50 – 60 kilovata a  koriste rotor prečnika od 1 do 15 metara; uglavnom se postavljaju u udaljenim područjima gde ima potrebe za električnim energijom ali priključivanje na elektromrežu nije izvodljivo ili je preskupo. Neke male turbine, tzv. mikro-turbine, toliko su kompaktne da se do teško dostupnih terena mogu preneti i na konjima. Većina komercijalnih turbina su srednjih dimenzija, sa rotorima prečnika između 15 i 60 metara, kapaciteta od 500 do 750 kilovata. Velike turbine su giganti sa rotorima prečnika između 60 i 100 metara koje proizvode 2 do 3 megavata električne energije. Obzirom da se troškovna efikasnost konvencionalnih elektrana na ugalj i naftu uvećava sa povećavanjem dimenzija postrojenja, prvobitno je preovladavalo mišljenje da bi gigantske turbine bile ekonomičnije od ostalih. Mnoge zemlje su pokušavale da razviju multimegavatne komercijalne turbine ali one su se pokazale manje ekonomičnim i pouzdanim u odnosu na turbine srednjih dimenzija.

Preuzeto sa: http://ekospark.com/info/05_energija/energija_vetra/energija_vetra.html