Energija vjetra je jedan od najvažnijih obnovljivih izvora energije u svijetu. Sve se više koristi zbog svoje sposobnosti da proizvede čistu energiju bez proizvodnje stakleničkih plinova. Stoga je neophodno poznavati njegov rad, a posebno rad vjetroturbina. Ovdje ćemo detaljno pokriti kako funkcioniraju i njihove ključne karakteristike.
Vjetroturbina, poznata i kao vjetroturbina, jedan je od osnovnih elemenata ove vrste energije. Iako općenito sve turbine dijele slične aspekte, postoje različiti tipovi ovisno o vjetroelektrani ili instalaciji. Nadalje, turbine su evoluirale od svojih prvih modela, omogućavajući nam da dobijamo energiju na sve efikasniji 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.
Šta je vjetroturbina
Vjetroturbina je mehanički uređaj koji pretvara energiju vjetra u električnu energiju. Dizajniran je za pretvaranje kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju kroz kretanje lopatica rotora, koja se nakon toga pretvara u električnu energiju zahvaljujući generatoru.
Osnovni princip rada turbine na vetar zasniva se na tri osnovna 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 je proporcionalna površini koju briše lopatice, što znači da što su oštrice veće, to je veća količina zarobljene energije.
- Maksimalna teorijska efikasnost vjetroturbine je 59%, poznata kao Betz granica.
Za razliku od starih vjetrenjača, koje su pokretane direktnim vjetrom, moderne turbine koriste složenije aerodinamičke principe, kao što je Venturijev efekat, kako bi uhvatile što je moguće više energije.
Unutrašnjost vjetrogeneratora
Unutar vjetroturbine nalazimo nekoliko ključnih elemenata koji omogućavaju da se kinetička energija vjetra pretvori u električnu energiju. Rotor, sastavljen od lopatica, odgovoran je za hvatanje energije vjetra i tjeranje da se rotira oko svoje ose.
Ovo rotacijsko kretanje se prenosi do električnog generatora kroz sistem pogonskog sklopa, koji uključuje mjenjač koji povećava brzinu rotacije do nivoa koji je pogodan za generator. Generator je zasnovan na Faradejevom zakonu, koji kaže kako se rotaciona mehanička energija pretvara u električnu energiju.
Da bi se to postiglo, sistem uključuje rotor spojen na alternator, koji pretvara mehaničko kretanje u električnu energiju. Proizvedena električna energija može se koristiti direktno 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 efikasnu konverziju energije vjetra u električnu energiju. Ovo su glavne komponente:
- rotor: Rotor je element koji prikuplja energiju vjetra. Sastoji se od lopatica koje se rotiraju čak i pri malim brzinama vjetra, zahvaljujući svom aerodinamičkom dizajnu.
- Sistem spojnice: To je skup mehanizama koji povezuje lopatice s rotorom generatora za prijenos rotacijskog kretanja.
- Multiplikator ili mjenjač: Ovaj sistem podiže brzinu rotacije sa približno 10-40 RPM rotora na 1.500 RPM potrebnih u generatoru za proizvodnju električne energije.
- Generator: Generator pretvara mehaničku energiju u električnu. U zavisnosti od turbine, njena snaga može varirati od 5kW do 10MW kod najnovijih modela.
- Orijentacijski motor: Omogućava rotaciju gondole i rotora kako bi uvijek bili okrenuti prema preovlađujućem smjeru vjetra.
- Nosač za podršku: To je struktura koja podržava generator i rotor. Što je veća turbina, to je veća visina na kojoj se gondola nalazi.
- Oštrice i anemometri: Anemometri mjere brzinu vjetra, dok senzori koče lopatice kada vjetar pređe određene pragove, sprječavajući oštećenje turbine.
Vrste vjetroturbina
Postoje dvije glavne vrste vjetroturbina, koje se razlikuju po orijentaciji ose rotora:
- Horizontalne turbine: Oni su tradicionalni koji se koriste u vjetroelektranama, sa osom rotacije paralelnom sa tlom. Ovaj tip je najefikasniji u smislu energije koju zahvata obrađena površina.
- Turbine vertikalne ose: Ove turbine imaju prednost u hvatanju vjetrova u bilo kojem smjeru bez potrebe za preorijentacijom, iako je njihova efikasnost obično niža u odnosu na one s horizontalnom osom.
Osim toga, postoje novi dizajni u nastajanju, kao što su vjetroturbine bez lopatica, koje koriste prednosti oscilacija vjetra za proizvodnju električne energije, iako su još u fazi razvoja.
Rad vjetroelektrane
Vjetroelektrana se sastoji od nekoliko vjetroturbina koje su strateški locirane kako bi maksimalno iskoristile preovlađujuće vjetrove u tom području. Komplet turbina povezuje proizvedenu električnu energiju kroz internu mrežu koja je transportuje do trafostanice, gdje se električna energija pretvara u napon pogodan za distribuciju.
Kako bi se osigurao kontinuirani rad i efikasnost parka, koriste se kontrolni sistemi koji prate brzinu vjetra, orijentaciju gondola i status turbina. To omogućava maksimaliziranje proizvodnje električne energije i izbjegavanje štete u slučaju jakog vjetra.
Osim toga, neki objekti koriste vjetroturbine na moru (u blizini obale) koji, iako skuplji za ugradnju, nudi mogućnost iskorištavanja konstantnijih i jačih vjetrova na moru.
Prednosti i nedostaci energije vjetra
Kao i drugi izvori energije, energija vjetra ima prednosti i nedostatke:
Ventajas:
- To je izvor energije obnovljive, neiscrpna i ne emituje gasove staklene bašte.
- Omogućuje smanjiti zavisnost fosilnih goriva.
- Vjetroelektrane se mogu instalirati na različitim lokacijama, uključujući pomorska područja i poljoprivredno zemljište bez uticaja na njihovu upotrebu.
- Su ugljični otisak je minimalan u poređenju sa drugim energetskim tehnologijama.
Nedostaci:
- Efikasnost zavisi od dostupnosti vetra, što ga čini a povremeni izvor energije.
- Vizualni i zvučni utjecaj vjetroelektrana može biti nedostatak u nekim područjima.
- Velike turbine mogu uticati na divlje životinje, posebno na ptice, tako da je ove faktore potrebno uzeti u obzir pri odabiru lokacija.
- 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 efikasnosti, već postaju sve pristupačnije i manje nametljive u smislu vizualnog i zvučnog značenja, što ih čini održivom opcijom za budućnost globalne energije.