Industrija, ki se ukvarja z vetrno energijo se danes sooča z izzivom povečanja zahtev glede donosnosti. To pomeni vedno večja pričakovanja glede učinkovitosti sistemov. Zato so lažji servisni ukrepi, kratki časi vgradnje in zmanjšanje časa izpada so postali vse pomembnejši.
Zgodovina vetrne energije kaže splošen razvoj od uporabe preprostih, lahkih naprav, ki jih poganjajo aerodinamične sile upora, na težke, materialno intenzivne vlečne naprave s povečano uporabo lahkih in materialno učinkovitih naprav za aerodinamično dviganje v moderni dobi. Ampak ne smemo si predstavljati, da je aerodinamično dviganje (sila, ki povzroča letenje letal) sodobna zasnova, ki je bil še našim staršem neznan.
Najstarejša znana uporaba vetrne energije je seveda jadrnica, ta tehnologija pa je pomembno vplivala na kasnejši razvoj vetrnih elektrarn. V tistem obdobju starodavni jadralci še niso razumeli moči vetra in so ga uporabljali vsak dan, čeprav še niso razumeli fizike, da bi pojasnili, kako in zakaj je to delovalo.
Prvi vetrni mlini so bili razviti za samodejno izvajanje nalog pri mletju zrnja in črpanje vode. V najzgodnejši zasnovi so bili razviti sistemi z vertikalno osjo, ki so jih razvili pred več kot tisočimi leti v Perziji. Prva znana dokumentirana zasnova je tudi perzijska vetrnica, ki ima navpična jadra iz snopov trsov ali lesa, ki so bile pritrjene nad osrednjo navpično osjo z vodoravnimi oporniki.
Že leta 1390 so se Nizozemci odločili, da bodo izboljšali obliko vetrnice, ki se je pojavila nekoliko prej ob Sredozemskem morju. Nizozemci so v bistvu pritrdili standardno vetrnico na vrh mlina več etažne zgradbe oziroma stolpa, namenjenega mletju žita, odstranjevanju plevela, in za shranjevanje žita, ki so običajno bili v spodnjem delu prostorov za vetrnico in bivanje družine.
V času brezvetrja so morali vetrnico usmerjati ročno v smer vetra. To so delali s potiskanjem velikega vzvoda na zadnji strani mlina. Optimizacija energije vetrnice in njene moči ter zaščita mlina pred poškodbami so bili zaradi zamenjave rotorskih jader med nevihtami zavarovani med primarnimi delovanjem.
Kako veter ustvarja energijo?
Kako vetrne turbine proizvajajo elektriko? Preprosto rečeno, vetrne turbine delujejo nasprotno od ventilatorja. Namesto uporabe električne energije za ustvarjanje vetra, kot ventilator, vetrne turbine uporabljajo veter za proizvodnjo električne energije. Veter zavrti lopatice, ki nato vrtijo generator, da ustvarja elektriko.
Načeloma je veter oblika sončne energije, ki jo povzroča kombinacija treh sočasnih dogodkov, in sicer:
- Sonce neenakomerno ogreva ozračje
- Nepravilnosti zemeljske površine
- Vrtenje Zemlje.
Obliki toka in hitrosti vetra nista povsod enaki in se zelo razlikujejo, spreminjajo pa jih vodna telesa, rastlinstvo in razlike na terenu. Ljudje uporabljajo ta tok vetra ali energijo gibanja za številne namene, kot je jadranje, letenje zmaja in celo proizvodnjo električne energije.
Izraza "energija vetra" in "moč vetra" opisujeta postopek, s katerim se veter uporablja za ustvarjanje mehanske ali električne energije. Vetrne turbine pretvarjajo kinetično energijo iz vetra v mehansko moč. Ta mehanska moč se lahko uporabi za posebne naloge (kot je mletje žita ali črpanje vode) ali pa lahko to mehansko moč pretvorimo v elektriko.
Vetrna turbina pretvarja energijo vetra v elektriko z uporabo aerodinamične sile, ki jo ustvarjajo lopatice rotorja, ki delujejo podobno kot krila letala ali helikopterja. Ko veter teče čez krila, se zračni tlak na eni strani krila zmanjša. Razlika v zračnem tlaku na obeh straneh rezila ustvarja tako dvigovanje kot upor.
Sila dviganja je močnejša od upora in to povzroči vrtenje rotorja. Rotor je priključen na generator, bodisi neposredno (če gre za neposredno pogonsko turbino) ali skozi gred in vrsto zobnikov (menjalnik), ki pospešujejo vrtenje in omogočajo fizično manjši upor. Ta prenos aerodinamične sile na vrtenje generatorja ustvarja elektriko.
Vrste vetrnih turbin
Sodobne vetrne turbine delimo v dve osnovni skupini:
- Turbine z vodoravno osjo:
Vetrne turbine z vodoravno osjo so tiste, ko ljudje zanje slišijo, pomislijo na vetrne mline. Najpogosteje imajo tri lopatice, ki delujejo "proti vetru", pri čemer se turbina na vrhu stolpa zavrti, tako da so rezila obrnjena proti vetru.
- Vertikalne turbine:
Vetrne turbine z navpično osjo so na voljo v več različicah, vključno z Darrieusovim modelom jajčevca, poimenovanem po francoskem izumitelju. Te turbine so vsesmerne, kar pomeni, da jih ni treba prilagajati, da bi lahko delovale na veter.
Vetrne turbine se lahko gradijo na kopnem ali na morju v velikih vodnih telesih, kot so oceani in jezera.
Velikosti vetrnih turbin
Javne vetrne turbine so velikosti od 100 kilovatov do več kot nekaj megavatov. Večje turbine na veter so stroškovno učinkovitejše in so združene v vetrne elektrarne, ki zagotavljajo električno energijo na velikem območju.
Vetrne turbine na morju so večje, lahko proizvajajo več energije in nimajo enakih izzivov glede prevoza, kot so vetrne naprave na kopnem, saj se lahko velike komponente prevažajo na ladjah namesto na cestah.
Posamezne majhne turbine z močjo pod 100 kilovatov se običajno uporabljajo za stanovanjske, kmetijske in male komercialne in namenske programe. Majhne turbine se lahko uporabljajo v hibridnem energetskem sistemu z drugimi porazdeljenimi viri energije, kot so majhna omrežja, ki jih poganjajo dizelski generatorji, baterije in fotovoltaika.
Ti sistemi se imenujejo hibridni vetrni sistemi in se običajno uporabljajo v oddaljenih krajih, kjer ni mogoča dobava iz omrežja. Ti načini vgradnje postajajo vedno bolj pogosti.
Kadar so vetrne turbine vseh velikosti nameščene na strani kupca oziroma uporabnika z merilniki ali so nameščene na (ali) blizu mesta, kjer se bo uporabljala energija, ki jo proizvajajo, se imenujejo "porazdeljeni veter".
Kaj je porazdeljen veter?
Porazdeljeni sistemi vetrne energije ponujajo zanesljivo proizvodnjo električne energije v najrazličnejših svetovnih okoljih, vključno z gospodinjstvi, šolami, kmetijami in ranči, podjetji, mesti, skupnostmi in oddaljenimi krajih. Projekti obsegajo, na primer, 1-kilovatno (kW) ali manjšo zunanjo vetrno turbino na oddaljeni kabini ali stolpu mobilnega telefona, do 10-kW vetrno turbino na domu, v malih podjetjih ali na majhnih kmetijah, več MW močne vetrne turbine pa so nameščene na različnih proizvodnih obratih ali katerem koli večjem porabniku energije.
Samo število območij z dovolj prostora in produktivnim virom vetra je v desetinah milijonov, kar daje porazdeljenim namenskim programom vetra možnost, da prispevajo na gigavatni lestvici. Te so namenjene predvsem tam, kjer ljudje živijo in delajo.
I.K.
