Zgodovina vetrne energije
Že tri tisoč let pred našim štetjem so ljudje prvič uporabili energijo vetra v obliki jadrnic v Egiptu. Jadra so ujela energijo vetra, da bi potegnila čoln čez vodo. Najzgodnejše vetrnice, ki so bile uporabljene za mletje žita, so nastale že leta dva tisoč pred našim štetjem v starodavnem Babilonu. Te zgodnje naprave so sestavljale enega ali več vertikalno nameščenih lesenih nosilcev, na dnu katerih je bil kamen, pritrjen na vrtljivo gred, ki se je obračala z vetrom. Koncept uporabe vetrne energije za mletje žita se je hitro razširil po Bližnjem vzhodu in je bil v široki uporabi.
Sodobni razvoj tehnologije in namenskih programov na področju vetrne energije je dobro napredoval do tridesetih let prejšnjega stoletja. Po ocenah 600 tisoč vetrnih elektrarn na podeželskih območjih je zagotavljalo storitve za elektriko in vodo. Ko se je široka distribucija električne energije razširila na kmetije in podeželska mesta, se je uporaba vetrne energije začela zmanjševati, vendar se je po primanjkljaju nafte v ZDA na začetku sedemdesetih let ponovno povečala.
V zadnjih 30 letih so raziskave in razvoj nihali z obrestmi in davčnimi spodbudami zvezne vlade. Sredi 80. let so imele vetrne turbine tipično največjo moč 150 kW. Leta 2006 so komercialne turbine, ki so uporabne, običajno ocenjene na več kot 1 MW in so na voljo v zmogljivosti do 4 MW.
Najpreprostejša možna vetrna energija je sestavljena iz treh delov
- Listi rotorja ali rezila so v bistvu jadra sistema, ki v njihovi najpreprostejši obliki delujejo kot ovire za veter (sodobnejše oblike rezil presegajo pregradno metodo). Ko jih veter sili, da se premikajo, prenese del svoje energije na rotor.
- Gred je del vetrne turbine, ki je priključena na sredino rotorja. Ko se rotor vrti, se vrti tudi gred. Na ta način rotor prenese svojo mehansko rotacijsko energijo na gred, ki vstopi v električni generator na drugem koncu.
- Generator je na svoji osnovni ravni precej preprosta naprava. Uporablja lastnosti elektromagnetne indukcije za proizvodnjo električne napetosti ali razlika v električnem naboju. Napetost je v bistvu električni tlak, to je sila, ki premika elektriko ali električni tok iz ene točke v drugo. Ustvarjanje napetosti torej ustvarja tok. Preprost generator je sestavljen iz magnetov in prevodnika. Vodnik je navadno navita žica.
V notranjosti generatorja se gred poveže s sklopom trajnih magnetov, ki je obdajana z žico. Pri elektromagnetni indukciji, če je vodnik obdan z magneti in se eden od teh delov vrti glede na drugega, inducira napetost v prevodniku. Ko rotor vrti jašek, gred vrti sestavo magnetov, ki proizvajajo napetost v žici. Ta napetost poganja električni tok (običajno izmenični tok ali izmenično napajanje) preko električnih vodov za distribucijo.
Zdaj, ko smo pogledali poenostavljen sistem, bomo prešli na sodobno tehnologijo, ki jo danes vidite v vetrnih elektrarnah in na podeželskih dvoriščih. To je nekoliko bolj zapleteno, vendar so osnovna načela enaka.
Moderna tehnologija vetrne energije
Ko govorimo o sodobnih vetrnih turbinah, gledamo na dva osnovna modela, ki delujeta s pomočjo vodoravne in navpične osi. Vetrne turbine z navpično osjo (VAWT) so zelo redke. Edina, ki je trenutno v komercialni proizvodnji, je Darrieusova turbina, ki je videti kot nekakšno jajce.
Pri vetrnicah z navpično gredjo VAWT je ta nameščena na navpični osi, pravokotno na tla. Gredi VAWT so vedno poravnane s smerjo vetra, za razliko od njihovih vodoravnih osi, zato ni potrebna nastavitev, kadar se smer vetra spremeni. Vendar pa se s pomočjo gredi VAWT ta ne more začeti premikati sama od sebe in potrebuje spodbudo iz svojega električnega sistema, da bi začel delovati.
Namesto stolpa običajno uporablja oporne kable, tako da je višina rotorja nižja. Nižja višina pa pomeni počasnejši veter zaradi motenj na tleh, zato so gredi VAWT na splošno manj učinkovite kot gredi HAWT. Navzgor je vsa oprema na tleh, kar pomeni preprosto montažo in servisiranje.
Velike komponente HAWT
Tudi pri komponentah HAWT rotorske lopatice zajemajo energijo vetra in jo pretvorijo v rotacijsko energijo, ki jo nato preko gredi prenašajo kot rotacijsko energijo v generator, ki vgrajen v ohišje in drži menjalnik ter povečuje hitrost gredi med pestom in generatorjem rotorja. Generator uporablja rotacijsko energijo gredi za proizvodnjo električne energije z elektromagnetizmom. Elektronsko krmilno enoto nadzoruje sistem, ki izklopi turbino v primeru okvare krmiljenja in tako imenovani mehanizem, krmilnik vrtenja, ki premika rotor za poravnavo s smerjo vetra in zavore, saj ustavi vrtenje gredi v primeru preobremenitve moči ali izpada sistema.
Stolp podpira rotor in gondolo ter dviguje celotno postavitev na višjo višino.
Električna oprema prenaša elektriko iz generatorja navzdol skozi stolp in nadzoruje številne varnostne elemente turbine.
Od začetka do konca proces proizvodnje električne energije iz vetra dovaja električno energijo ljudem, ki jo potrebujejo.
Zdaj, ko smo pogledali poenostavljen sistem, lahko preidemo na sodobnejšo tehnologijo, ki jo danes vidite v vetrnih elektrarnah in na podeželskih dvoriščih. To je nekoliko bolj zapleteno, vendar so osnovna načela enaka.
Sodobne vetrnice
Žalostno je, da obstaja veliko inovatorjev z dobrimi zamislimi, ki pa očitno še nikoli niso slišali za merila znanstvenega dela, saj skoraj nobena od njih ni zmožna ali pripravljena tudi za minimalne zahteve smiselnega dela, pa tudi slediti razumljivemu opisu doseženih rezultatov.
