Energija vjetra jedna je od najvažnijih obnovljivih energija u svijetu. Sve se više koristi zbog svoje sposobnosti stvaranja čiste energije bez stvaranja stakleničkih plinova. Stoga je neophodno poznavati njegov rad, a posebno vjetroturbine. Ovdje ćemo detaljno opisati kako rade i njihove ključne značajke.
Vjetroturbina, poznata i kao vjetroturbina, jedan je od temeljnih elemenata ove vrste energije. Iako općenito sve turbine dijele slične aspekte, postoje različite vrste ovisno o vjetroelektrani ili instalaciji. Nadalje, turbine su se razvile od svojih prvih modela, omogućujući nam dobivanje energije na sve učinkovitiji način.
U ovom članku ćemo vam reći sve što trebate znati o vjetroturbinama, njihovim karakteristikama i načinu rada, kao i dodatne detalje o strukturi vjetroelektrana.
Što je vjetroturbina
Vjetroturbina je mehanički uređaj koji pretvara energiju vjetra u električnu energiju. Namijenjen je za pretvaranje kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju kroz kretanje lopatica rotora, koja se naknadno pretvara u električnu energiju zahvaljujući generatoru.
Osnovni princip rada vjetroturbine temelji se na tri temeljna zakona fizike:
- Energija koju proizvodi turbina proporcionalna je kvadratu brzine vjetra. To jest, ako se brzina vjetra udvostruči, proizvedena snaga se povećava četiri puta.
- Dostupna energija proporcionalna je površini koju brišu lopatice, što znači da što su lopatice veće, veća je količina zarobljene energije.
- Maksimalna teoretska učinkovitost vjetroturbine je 59%, poznata kao Betzova granica.
Za razliku od starih vjetrenjača, koje su pokretane izravnim potiskom vjetra, moderne turbine koriste složenije aerodinamičke principe, kao što je Venturijev efekt, kako bi uhvatile što više energije.
Unutrašnjost vjetrogeneratora
Unutar vjetroturbine nalazimo nekoliko ključnih elemenata koji omogućuju pretvaranje kinetičke energije vjetra u električnu energiju. Rotor, sastavljen od lopatica, odgovoran je za hvatanje energije vjetra i njegovo okretanje oko svoje osi.
Ovo rotacijsko gibanje prenosi se na električni generator preko sustava pogonskog sklopa, koji uključuje mjenjač koji povećava brzinu rotacije do razina prikladnih za generator. Generator se temelji na Faradayevom zakonu koji govori kako se rotacijska mehanička energija pretvara u električnu energiju.
Da bi se to postiglo, sustav uključuje rotor povezan s alternatorom, koji pretvara mehaničko kretanje u električnu energiju. Proizvedena električna energija može se koristiti izravno ili pohraniti u baterije za kasniju upotrebu.
Elementi vjetroturbine
Vjetroturbina se sastoji od različitih elemenata koji rade zajedno kako bi osigurali optimalan rad turbine i učinkovitu pretvorbu energije vjetra u električnu energiju. Ovo su glavne komponente:
- Rotor: Rotor je element koji prikuplja energiju vjetra. Sastoji se od lopatica koje se okreću čak i pri niskim brzinama vjetra zahvaljujući svom aerodinamičkom dizajnu.
- Sustav spajanja: To je skup mehanizama koji povezuje lopatice s rotorom generatora za prijenos rotacijskog kretanja.
- Multiplikator ili mjenjač: Ovaj sustav podiže brzinu vrtnje s otprilike 10-40 okretaja u minuti rotora na 1.500 okretaja u minuti potrebnih u generatoru za proizvodnju električne energije.
- Generator: Generator pretvara mehaničku energiju u električnu. Ovisno o turbini, njezina snaga može varirati od 5kW do 10 MW kod najnovijih modela.
- Orijentacijski motor: Omogućuje da se gondola i rotor okreću kako bi uvijek bili okrenuti prema prevladavajućem smjeru vjetra.
- Potporni jarbol: To je struktura koja podupire generator i rotor. Što je veća turbina, to je veća visina na kojoj se nalazi gondola.
- Noževi i anemometri: Anemometri mjere brzinu vjetra, dok senzori koče lopatice kada vjetar prijeđe određene pragove, sprječavajući oštećenje turbine.
Vrste vjetroturbina
Postoje dvije glavne vrste vjetroturbina, koje se razlikuju po orijentaciji osi rotora:
- Turbine s horizontalnom osovinom: Oni su tradicionalni koji se koriste u vjetroelektranama, s osi rotacije paralelnom s tlom. Ovaj tip je najučinkovitiji u smislu energije koju hvata pometena površina.
- Turbine s okomitom osovinom: Ove turbine imaju prednost hvatanja vjetrova u bilo kojem smjeru bez potrebe za preorijentacijom, iako je njihova učinkovitost obično niža u usporedbi s onima s horizontalnom osi.
Osim toga, pojavljuju se novi dizajni, kao što su vjetroturbine bez lopatica, koje iskorištavaju oscilacije vjetra za proizvodnju električne energije, iako su još u fazi razvoja.
Rad vjetroelektrane
Vjetroelektrana se sastoji od nekoliko vjetroturbina strateški smještenih kako bi se što bolje iskoristili prevladavajući vjetrovi u tom području. Skup turbina povezuje proizvedenu električnu energiju unutarnjom mrežom koja je prenosi do trafostanice, gdje se električna energija pretvara u napon pogodan za distribuciju.
Kako bi se osigurao kontinuirani rad i učinkovitost parka, koriste se kontrolni sustavi koji prate brzinu vjetra, orijentaciju gondola i status turbina. To omogućuje maksimalnu proizvodnju električne energije i izbjegavanje štete u slučaju jakog vjetra.
Osim toga, neka postrojenja koriste vjetroturbine na moru (Offshore) koji, iako skuplji za ugradnju, nude mogućnost iskorištavanja konstantnijih i jačih vjetrova na moru.
Prednosti i nedostaci energije vjetra
Kao i drugi izvori energije, energija vjetra ima prednosti i nedostatke:
Prednosti:
- To je izvor energije obnovljiv, neiscrpan i ne emitira stakleničke plinove.
- to omogućuje smanjiti ovisnost fosilnih goriva.
- Vjetroelektrane mogu se instalirati na različitim mjestima, uključujući pomorska područja i poljoprivredna zemljišta bez utjecaja na njihovu namjenu.
- Su ugljični otisak je minimalan u usporedbi s drugim energetskim tehnologijama.
nedostaci:
- Učinkovitost ovisi o dostupnosti vjetra, što ga čini a povremeni izvor energije.
- Vizualni i zvučni utjecaj vjetroelektrana može biti nedostatak u nekim područjima.
- Velike turbine mogu utjecati na divlje životinje, posebice ptice, pa te čimbenike treba uzeti u obzir pri odabiru mjesta.
- Početna cijena instalacije je visoka, iako se dugoročno isplati.
Energija vjetra i dalje je jedna od najboljih opcija za održiviju i ekološki prihvatljiviju proizvodnju energije. Sa stalnim tehnološkim napretkom, vjetroturbine ne samo da se poboljšavaju u smislu učinkovitosti, već također postaju sve dostupnije i manje nametljive u smislu vizualnog i zvučnog izgleda, što ih čini održivom opcijom za budućnost globalne energije.