Ветроелектрана

Из Википедије, слободне енциклопедије

Ветроелектране у Данској.

Ветроелектране или аероелектране су врста електрана које користе енергију ветра, који је обновљиви извор енергије. Ветроелектране се састоје из носеће конструкције у облику стуба, ветротурбине, генератора електричне енергије, дела који регулише брзину обртања генератора и излазни напон ветроелектране и прикључка на неки систем за акумулисање енергије или на електричну мрежу.

Овај чланак обрађује вјетроелектране које производе електричну енергију. Вјетрењаче које производе само механичку енергију су обрађене у посебном чланку, вјетрењача.

[уреди] Историја

По открићу електромотора и електричног генератора у 19. вијеку, почели су експерименти са производњом електричне енергије. Први модели вјетроелектрана су били мало више од вјетрењача са додатним електричним генератором, који је претварао механичку енергију у електричну.

Сматра се да је прва вјетроелектрана направљена у Кливленду, САД, од Чарлса Бруша (Charles Brush) 1888. Године 1908. постојале су у САД 72 вјетроелектране снаге од 5 до 25 КилоВата. У вријеме Првог свјетског рата, 100 000 мањих вјетрењача за фарме је произвођено сваке године у САД, углавном за пумпање воде. До 1930, мање вјетроелектране су постале честе на фармама, обезбјеђујући струју за неколико сијалица, радио и друге мање потрошаче.

Послије 1930 почела је електрификација руралних дијелова САД, и вјетроелектране су углавном напуштене због јефтиније струје из развијене електричне мреже. У Европи, електрификација је свуда била централизирана на државном нивоу, и вјетроелектране су постојале само као експерименти до 1973.

Послије нафтне кризе 1973, а поготово послије 2000., развој се све више убрзава. Цијена енергије из вјетроелектрана полако пада, а цијена енергије из класичних необновљивих извора енергије расте. Све је ово допринијело да је произведена електрична енергија из вјетроелектрана порасла 5 пута у периоду од 2000. до 2007. године.

[уреди] Вјетроелектране са вертикалном осовином (ВВО)

Шематски приказ Савониус турбине, једне врсте турбине са вертикалном осовином. Ако има више од 2 крака, сама се покреће при било којем смјеру вјетра.

Заједничко им је то што је оса ротације пропелера или турбине вертикална.

Предности ВВО:

• једноставне за израду
• великог обртног момента
• издржљиве
• већина без потребе да се окрећу „у вјетар“, непотребан механизам за ту сврху
• лакше за одржавање него ВХО тип, јер је генератор близу тла

Недостаци ВВО:

• мања ефикасност од ВХО типова
• за производњу електричне енергије, већи степен механичког пријеноса потребан због мање брзине ротације него ВХО тип

У данашње вријеме долази до раста интересовања за ову врсту монтаже због наведених предности и за вјетроелектране. Ово се посебно односи на мање аматерске инсталације.

У дизајне ВВО врсте спадају:

• анемометар - једноставна справа за мјерење брзине вјетра, са шупљим полукуглама за „хватање“ вјетра
• Савониус (Savonius) турбина
• Дариус (Darrieus) турбина

и друге врсте, којима је заједничко то што им је осовина вертикална.

[уреди] Вјетроелектране са хоризонталном осовином (ВХО)

Вјетроелектрана са хоризонталном осовином.

У данашње вријеме најраширенији тип вјетроелектране за велике снаге.

Предности ВХО:

• У стању да добро искористе већу брзину вјетра на висини
• нешто боље ефикасности од већине ВВО вјетроелектрана
• могућност мијењања нападног угла елисе (повећава ефикасност и олакшава регулацију брзине)

Недостаци ВХО:

• скупи торњеви веће висине
• вибрације при раду
• потреба за непрекидним ротирањем „у вјетар“
• сложеност
• незгодно одржавање високих ВХО

[уреди] Дијелови вјетроелектране ВХО типа

Дијелови типичне вјетроелектране са хоризонталном осовином.

• Носећа конструкција у облику стуба
• Вјетротурбина (елиса, пропелер)
• Механички пријенос, који подиже малу брзину ротације елисе на већу, потребну за генератор
• Генератор електричне енергије
• Дио који регулише брзину обртања генератора и излазни напон
• Прикључак на систем за акумулисање енергије, или на електричну мрежу

[уреди] Прорачун добијене механичке снаге

Прорачун је исти као и за обичну вјетрењачу, пошто је разлика тек у каснијем степену претварања енергије. Снага која је пренијета на ротор вјетроелектране је пропорционална површини коју покрива ротор, густини ваздуха и кубу (трећем степену) брзине вјетра.

Дакле теоретска корисна снага је:

,

гдје

• P = снага у W,
• α = фактор искоришћења,
• ρ = густина ваздуха у Kg/m³,
• r = радијус турбине у m, и
• v = брзина ваздуха у m/s.

Пошто ротор (елиса) узима енергију од ваздуха, брзина ваздуха пада. Алберт Бец, њемачки научник, је установио 1919. да вјетрењача може да искористи највише 59% од теоретске енергије вјетра.

Као примјер:

Рецимо да је 15 °C на нивоу мора и густина ваздуха је 1.225 Kg/m³. Вјетар брзине 8 m/s (28.8 Km/h) кроз ротор дијаметра 100 m ће пронијети 77000 Kg ваздуха кроз простор кракова ротора вјетроелектране.

Укупна снага је 2.5 MW, али само 1.5 MW може да се искористи због Бецовог закона. Добијена механичка енергија се даље претвара у електричну у електричном генератору, па је излазна електрична снага још умањена.