Energija vetra
Energija vetra je energija koja potiče od snage vetra. Predstavlja konvencionalan obnovljivi izvor energije, koji se vekovima koristi za dobijanje mehaničke, a u novije vreme i električne energije. Međutim, proizvodnja električne energije iz energije vetra u većim količinama počela je tek posle naftne krize 1973.
Energija vetra se pretvara u korisni oblik energije, električnu energiju, pomoću vetroelektrana. U klasičnim vetrenjačama energija vetra se pretvara u mehaničku te se kao takva direktno koristi za mlevenje žitarica ili pumpanje vode. Krajem 2007. instalirana snaga vetroelektrana u svetu bila je 94,1 GW. Trenutno vetroelektrane pokrivaju tek 1% svetskih potreba za električnom energijom, dok u Danskoj ta cifra iznosi 19%, Španiji i Portugaliji 9%, Nemačkoj i Irskoj 6% (podaci za 2007). Električnom energijom iz vetra vetroelektrane snabdevaju elektro energetsku mrežu kao što i pojedinačni vetroagregati napajaju izolovana mesta. Vetar je bogat, obnovljiv, lako dostupan i čist izvor energije. Nedostatak vetra retko uzrokuje nesavladive probleme kada u malom udelu učestvuje u opskrbi električnom energijom, ali pri većem oslanjanju na vetar dovodi do većih gubitaka.
Nastanak[uredi | uredi izvor]
Nastanak vetra je složen proces. Kako sunce neravnomerno greje Zemlju, polovi primaju manje sunčeve energije nego ekvator. Pored toga, kopno se brže gre i brže hladi od mora. Takvo zagrejavanje pokreće globalni atmosferski sistem prenosa toplote s površine Zemlje prema stratosferi koja se ponaša kao virtualna tavanica. Većina energije takvog strujanja vetra je na velikim visinama gde brzina vetra prelazi i 160 km/h. Dio energije vjetra trenjem prelazi u difuznu toplinu kroz atmosferu i Zemljinu površinu. Predviđanja govore da je 72 TW energije vjetra iskoristivo u komercijalne svrhe. Treba napomenuti da ni teoretski ni praktično nije iskoristiva sva snaga vjetra.
Raspodela brzine vetra[uredi | uredi izvor]
Vetar jako varira i srednja vrednost brzine za datu lokaciju nije pokazatelj količine energije koju vetroagregat može proizvesti. Ipak, kod predviđanja ponašanja vetra na određenom mestu, koriste se podaci generisani merenjima. Dovoljna je i manja promena lokacije da bi javile velike promene u brzini vetra. Brzina vetra se meri i aproksimiramo Rejlijevom raspodelom.
Kako se velika količina energije dobija pri većim brzinama vetra, dosta energije dolazi u kraćim intervalima, odnosno na mahove, kao i vetar. Posledica toga je da vetroelektrane nemaju stalnu snagu na izlazu kao što to imaju npr. termoelektrane, te postrojenja koja napajaju vetroagregati moraju imati osiguranu proizvodnju električne energije i iz nekog drugog izvora. Stalnost snage kod vetroelektrana bi mogao da osigura napredak u tehnologijama koje se bave skladištenjem energije tako da se može koristiti energija koja je dobijena za vreme jačeg vetra onda kada ga nema.
Priključak na mrežu[uredi | uredi izvor]
Najčešće se koriste asinhroni generatori za vetroagregate koji zahtevaju reaktivnu snagu iz mreže za pobudu i stoga sadržavaju kondenzatorske baterije za njenu kompenzaciju. Različiti tipovi vetroagregata se ponašaju različito u slučajevima poremećaja u elektro energetskoj mreži tako da su preko potrebna prethodna ispitivanja i modelovanja dinamičnih elektromehaničkih osobina kod novih vetroagregata pre njihovog puštanja u pogon. Postoje implementacije i sa sinhronim generatorom, ali takve nisu često u primeni, a asinhroni generatori s dvostranim napajanjem imaju najpoželjnija svojstva što se tiče spajanja na mrežu.
Faktor opterećenja[uredi | uredi izvor]
Kako je brzina vjetra promenjiva, godišnja proizvodnja jednog vetroparka nije zbir umnožaka nazivne snage generatora i broja sati u godini. Odnos stvarno proizvedene i teorijski najveće moguće proizvedene energije naziva se faktor opterećenja. Faktor opterećenja uglavnom iznosi 20 do 40% u najboljim slučajevima.
Za razliku od termoelektrana kod kojih na faktor opterećenja najviše utiče cena goriva i zanemarivo vreme za remont, kod vetroelektrana faktor opterećenja zavisi od nepromjenjivog svojstva vetra, i njegove prisutnosti. Što se tiče nuklearnih elektrana, cena goriva je izuzetno niska tako da faktor opterećenja doseže, pa i prelazi 90%.
Nepredvidivost vetra[uredi | uredi izvor]
Električna energija dobijena iz energije vetra varira iz sata u sat, dnevno i sezonski. Postoje i godišnje varijacije, ali nisu toliko značajne. S obzirom na to može se kratkoročno predvideti količina energije koja se može dobiti. Poput drugih izvora električne energije, energija vetra mora biti prema određenom rasporedu potrošnje. Zbog toga se koriste metode prognoziranja snage vetra, ali predviđanje iznosa dobijene energije iz vetra nije uvek najpouzdanija metoda.
Proizvodnja i potrošnja električne energije moraju biti podednake kako bi mreža ostala jednoliko opterećena. Ova varijabilnost može predstavljati izazov pri spajanju električne energije proizvedene vetrom u mrežu. Intermitentnost i nepredvidiva priroda vetra povećavaju troškove za regulaciju, podižu radnu zalihu, a pri visokoj prodornosti mogla bi dovesti do povećanja količine električne energije u sistemu što može prouzrokovati probleme s preopterećenjem. Rešenje bi bilo skladištenje ili povezivanje mreže naizmenične struje visokonaponskim kablovima naizmenične struje. Energija vetra može se zameniti drugim elektranama u razdobljima slabog vetra. Mreže za prenos energije već sada se moraju nositi sa zastojima proizvodnje i dnevnim promenama električne potražnje. Sistemi s velikim kapacitetom za energiju vetra bi trebali da imaju više rezervi (energana koje rade na manje od maksimalnog opterećenja).
Reverzibilne hidroelektrane ili drugi oblici skladištenja energije u mreži mogu pohraniti energiju dobijenu za vreme jakih vetrova i pustiti je kada je to potrebno. Pohranjena energija povećava ekonomsku vrednost energije vetra, jer može zameniti velike troškove proizvodnje tokom najveće potražnje. Potencijalni prihod može premašiti troškove i gubitke u pohrani. Trošak skladištenja može dodati 25% na cenu pohranjene energije vetra, ali nije predviđeno da se primenjuje na veliki udeo dobijene energije vetra. Dinorvig elektrana je reverzibilna hidroelektrana od 2 GW u Velsu izjednačava vrhove potražnje električne energije, omogućujući tako efikasniji rad elektrana koje dobavljaju elektricitet za bazno opterećenje. Korisnosti od 75% i visoka cena izgradnje takvih elektrana nisu problem, jer je cena za rad tih elektrana niska i mogućnost smanjenja bazne potrošnje može smanjiti cenu goriva i ukupne troškove generiranja električne energije.
U nekim regijama, vršna brzina vetra ne može se poklopiti s vrhom potražnje električne energije. U državama SAĐa, Kaliforniji i Teksasu, za vreme vrućih letnih dana brzine vetra su niske, a potražnja električne energije visoka zbog masivnog korištenja klima uređaja. Neka komunalna preduzeća subvencioniraju kupovinu geotermalnih toplotnih pumpi svojim korisnicima, u svrhu smanjenja potrošnje električne energije tokom letnih meseci čineći korištenje klima uređaja i do 70% delotvorniji. Druga mogućnost je da se međusobno raspršena područja povežu u tzv. „supermrežu“ visokovoltažnih kablova za jednosmernu struju.
U Velikoj Britaniji, potražnja za električnom energijom viša je zimi nego leti, proporcionalno brzini vetra. Solarna energija teži da bude komplementarna energiji vetra. Područja visokog pritiska vazduha donose vedro nebo i slabije površinske vetrove, dok su dani s nižim pritiskom vazduha pretežito vetroviti i oblačni. To znači da je solarne energije obično najviše leti, dok je energije vetra najviše zimi, te se tako intermitencija vetra i sunčeve energije međusobno poništavaju.
Kao i kod drugih izvora i proizvodnja električne energije iz vetroelektrana mora biti isplanirana, ali priroda vetra to ne omogućava, usprkos pomoćimeteorologije.
Instalirana snaga[uredi | uredi izvor]
| Instalirana snaga vetroagregata (MW) | ||||
|---|---|---|---|---|
| Skala | Zemlja | 2005 | 2006 | 2007 |
| 1 | Nemačka | 18,415 | 20,622 | 22,247 |
| 2 | SAD | 9,149 | 11,603 | 16,818 |
| 3 | Španija | 10,028 | 11,615 | 15,145 |
| 4 | Indija | 4,430 | 6,270 | 8,000 |
| 5 | Kina | 1,260 | 2,604 | 6,050 |
| 6 | Danska (i Farska Ostrva) | 3,136 | 3,140 | 3,129 |
| 7 | Italija | 1,718 | 2,123 | 2,726 |
| 8 | Francuska | 757 | 1,567 | 2,454 |
| 9 | VB | 1,332 | 1,963 | 2,389 |
| 10 | Portugalija | 1,022 | 1,716 | 2,150 |
| 11 | Kanada | 683 | 1,459 | 1,856 |
| 12 | Holandija | 1,219 | 1,560 | 1,747 |
| 13 | Japan | 1,061 | 1,394 | 1,538 |
| 14 | Austrija | 819 | 965 | 982 |
| 15 | Grčka | 573 | 746 | 871 |
| 36 | Mađarska | 18 | 61 | 65 |
| Hrvatska | 5,95 | 17,15 | 17,15 | |
| Ostala Evropa | 129 | 163 | ||
| Ostala Amerika | 109 | 109 | ||
| Ostala Azija | 38 | 38 | ||
| Ostala Afrika i Srednji istok | 31 | 31 | ||
| Ostala Okeanija | 12 | 12 | ||
| Svet ukupno (MW) | 59,091 | 74,223 | 93,849 | |
| Godišnja proizvodnja iz vetroelektrana (TWh) / Ukupna potrošnja (TWh]) | ||||
|---|---|---|---|---|
| Skala | Zemlja | 2005 | 2006 | 2007 |
| 1 | Nemačka | 27,225/533,700 | 30,700/569,943 | 39,500/584,939 |
| 2 | SAD | 4049,8 | 10,671/4104,967 | /4179,908 |
| 3 | Španija | 23,166/254,90 | 29,777/294,596 | /303,758 |
| 4 | Indija | 661,64 | ||
| 5 | Kina | 2474,7 | 2,70/2834,4 | 3255,9 |
| 6 | Danska (i Farska ostrva) | 6,614/34,30 | 7,432/44,24 | 37,276 |
| 7 | Francuska | 547,8 | 2,323/550,063 | 545,289 |
| 8 | VB | 0,973/407,365 | 383,898 | 379,756 |
| 9 | Portugalija | 35,0 | 4,74/48,876 | |
| Svet ukupno (TWh) | 16,790 | |||
Više je hiljada vetroagregata u pogonu, ukupno instalirane snage 73,904 MW, od čega je u Evropi 65% (2006). Vetroelektrane su imale najbrži rast od svih alternativnih izvora energije na početku 21. veka, kapacitet im se više nego učetvorostručio od 2000. do 2006. 81% instalirane snage otpada na SAD i Evropu. Procene su da će do 2010. biti instalirano 160 GW snage vetroagregata s porastom od 21% godišnje. Danska proizvodi približno jednu petinu električne energije vetroelektranama, što je čini zemljom s najvećim udelom vetroelektrana u vlastitoj proizvodnji. Ona je značajni korisnik i proizvođač vjetroturbina. Nemačka je vodeći proizvođač vetroelektrana, s udelom od 28% svetske proizvodnje u 2006. i ukupnom proizvodnjom od 38,5 TWh u 2007. godine (6,3% električne energije Nemačke), a cilj joj je da do 2010. dosegne proizvodnju od 12,5% od ukupne. Nemačka ima 18,600 vetroturbina, uglavnom na severu zemlje, uključujući i tri najveće na svetu (6MW i dve po 5MW).
Kina je 2005. najavila izgradnju vetroparka od 1000 MW u Hebeju do 2020. Cilj joj je bio do iste godine ima i proizvodnju od 20,000 MW iz obnovljivih izvora. Smatra se da je od vetra na prostoru Kine moguće dobiti 253.000 MW.
Isplativost[uredi | uredi izvor]
Trendovi[uredi | uredi izvor]
Prema izveštaju Globalnog saveta za energiju vetra[3], 2007. je instalirano dodatnih 20 GW vetroelektrana, što je ukupno instaliranu snagu dovelo na 94 GW. Gledano s privrednog stajališta, područje proizvodnje električne energije iz vetra je postalo jako važno i finansijski interesantno na tržištu. Vrednost ugrađene opreme za vetroelektrane u 2007. iznosi 25 milijardi €. Cena energije iz vetra 2004. je pala na jednu petinu cene iz osamdesetih, a procena je da će se pad nastaviti kako raste masovna proizvodnja višemegavatnih vetroturbina. Kako god, cena ugradnje je 2007. iznosila 1.300€/KW, što je više u poređenju s 2005. godinom, kada je iznosila 1.100 €/KW. Rast cene se objašnjava velikom potražnjom za opremom, dok je jako malo proizvođača sposobno da proizvede velike moderne turbine i nosače za vetroagregate. Na cenu električne energije iz vetro i hidroelektrana zanemariv uticaj ima cena goriva i jako mali uticaj održavanje postrojenja, ali su kapitalni troškovi značajni.
Teoretski potencijal[uredi | uredi izvor]
Snaga vetra u atmosferi je mnogo veća od sadašnje svetske potrošnje. Najiscrpnija istraživanja kažu da je ukupna snaga vetra na kopnu i blizu obale 72 TW, što je ekvivalentno 54 milijarde tona nafte godišnje ili pet puta više nego što svet trenutno troši u bilo kojem obliku.
Direktni troškovi[uredi | uredi izvor]
Mnoge potencijalne lokacije vetroenergetskih postrojenja su daleko od potrošačkih centara, što povećava trošak zbog izgradnje novih mreža za prenos električne energije. U nekim područjima to je zato što su jaki vetrovi uticali na izgradnju središta dalje od vetrovitih područja. Vetar koji je nekada bio neprijatan, danas je vredan izvor energije, bez obzira na to što su se civilizacije nastanjivale u područjima koja su više zaštićena od vetra.
Kako su glavni troškovi u dobijanju električne energije iz energije vetra zapravo troškovi izgradnje, a ne cena goriva, prosečna cena proizvodnje takve energije zavisi od izrade i popravki elektrane. Granična cena energije nakon što je elektrana izgrađena iznosi manje od 1 centa po kWh.
Cene električne energije jako su regulisane širom sveta. Kupci potpisuju dugoročne ugovore kako bi smanjili rizik budućih fluktuacija, osiguravajući tako stabilniji povrat novca za projekte u stadijumu razvoja. U takvim ugovorima osoba odgovorna za rad sistema se obvezuje na kupovinu energije dobijene vetrom po fiksnoj ceni za određeni period. Te cene se mogu razlikovati od cena energije iz drugih izvora, pa čak mogu sadržati i određene subvencije.
Kako je cena električne energije stvar tržišta, prihodi su veći kada se proizvodnja odvija u periodima više cene. Profitabilnost vetroelektrana će stoga biti veća kada se vreme njihovog rada podudara s tim periodima.
Istorija[uredi | uredi izvor]
Ljudi koriste energiju vjetra barem 5500 godina, neki od primjera je da se čamac sa jedrima koristi barem 5000 godina i arhitekti su koristili upravljan-vetar za prirodne ventilacije još u antičko doba. Korišćenje vjetra da se obezbijedi mehanička energija je došlo negdje kasnije u antici.
U staroj Persiji, vetrenjače sa vertikalnom osovinom, napola zatvorene (tako da vjetar potiskuje samo jednu polovinu rotora) i ravnim „jedrima“ se koriste bar od 200. godine nove ere.
Praktične vjetrenjače slične konstrukcije su napravljene u Avganistanu u 7. vijeku. Sa Bliskog istoka, ideja se proširila do Evrope i vjetrenjače za mlevenje zrnja u brašno ili pumpanje vode su zabilježene u 12. vijeku u Engleskoj i Holandiji.
Do 19. vijeka vjetrenjače su rasprostranjene po čitavoj Evropi i donesene su i u Sjevernu Ameriku.
Krajem 19. vijeka energija vjetra se počela koristiti i za proizvodnju električne energije (vidi vetroelektrana), ali uglavnom u malim lokalnim postrojenjima do naftne krize 1973. Poslije krize, dolazi u nizu zemalja do užurbane aktivnosti za iskorištenje energije vjetra za proizvodnju struje. Sa usponima i padovima, vezanim uglavnom za rast i pad cijena nafte, razvoj se naročito ubrzava poslije 2000. sa neprekidnim rastom cijena nafte.
Razvojne mogućnosti[uredi | uredi izvor]
Energija vjetra pruža velike mogućnosti za dalji razvoj. Pri kraju 2007. svjetski kapacitet elektrana na vetar je 94 GW, ali to je i dalje samo 1% od ukupne proizvodnje električne energije. Zemlje koje vode u proizvodnji su:
- Danska, 19% od ukupne proizvodnje električne energije dolazi od vetra
- Španija i Portugal, 9%
- Nemačka i Irska, 6%
Vremena se ipak menjaju. Proizvodnja električne energije iz vetra se povećala pet puta od 2000. do 2007.
Proizvodnja je zasad profitabilna i konkurentna po ceni klasičnim izvorima (hidroenergija, termoenergija, nuklearna energija) samo u krajevima sa većim brzinama vetra, kao na obali mora i slično. Međutim sa rastom cena klasičnih energenata i sa padom cena turbina na vetar, očekuje se izmjena ovog odnosa u budućnosti.
Proračun dobijene snage[uredi | uredi izvor]
Snaga je proporcionalna brzini vjetra, aktivnoj površini krakova vetrenjače i gustini vazduha. Proračun iskoristive snage vetra je detaljnije obrađen u članku vetrenjača.
Vidi još[uredi | uredi izvor]
Reference[uredi | uredi izvor]
Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]
- Energija vetra sa primerima
- Kanadska Asocijacija energije vetra Arhivirano na sajtu Wayback Machine (13. januar 2009) Nova tehnologija energije vetra
- Američka Asocijacija energije vetra
- Energija vetra i ptice
- Global Wind Energy Council (GWEC)
- World Wind Energy Association (WWEA)
- Dynamic Data Dashboard Arhivirano na sajtu Wayback Machine (2. novembar 2021) from the International Energy Agency
- Current global map of wind power density
