Вјетрењача

Стара вјетрењача

Вјетрењача је направа која претвара кинетичку енергију вјетра у механичку енергију. Механичка енергија може да се користи директно (за пумпање воде, мљевење брашна) или да се претвара даље, на примјер у електричну енергију као код већине савремених вјетроелектрана.

Вјетрењача и вјетроелектрана

Вјетрењаче које производе електричну енергију су познате и под именима „вјетрењача за производњу струје“, „турбина на вјетар“, „генератор на вјетар“, али је назив који се користи у литератури вјетроелектрана.

Вјетрењаче су машине које производе механичку енергију без даљњег претварања у електричну и обзиром да су веома ретке данас, јасно се чини разлика када се говори о вјетрењачама или вјетроелектранама.

У оба случаја енергија вјетра се испрва претвара у механичку преко ротора који се окреће под притиском вјетра. Кракови ротора су у старо доба били прекривени платном, трском или дрвеним плочицама, а у новије вријеме се углавном користи елиса (пропелер) од метала или пластичне масе, која има бољу ефикасност.

Историја

Постоје подаци о вјетрењачама у Персији око године 600. нове ере. Прве персијске вјетрењаче су имале вертикалну осовину и 6-12 једара покривених трском или платном. Око године 1200., распрострањене су на ширем подручју и појављују се и у Европи. Користе се за мљевење брашна и пумпање воде, а касније и за одвајање зрња од стабљике, пилане и друге потребе. Касније вјетрењаче европске конструкције углавном користе хоризонталну осовину. У задњих 200 година употреба директних механичких вјетрењача у Европи је скоро потпуно престала због ширења парне машине и касније, електричних мотора и мотора са унутрашњим сагоријевањем.

Од краја 19. вијека почиње употреба вјетрењача и за производњу електричне енергије (вјетроелектрана), али тек у задње вријеме у већим количинама. Производња електричне енергије из вјетроелектрана је порасла 5 пута од 2000. до 2007. године.

Вјетрењаче са вертикалном осовином

Анемометар, једноставна вјетрењача са вертикалном осовином

Једноставне за израду, великог обртног момента, издржљиве, и већина без потребе да се окрећу "у вјетар", ово су биле прве вјетрењаче у употреби у Персији и Кини. Једра су била покривена са трском или платном. У данашње вријеме долази до раста интересовања за ову врсту вјетрењача, поготово за мање или аматерске инсталације.

У дизајне ове врсте спадају:

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

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

Вјетрењаче са хоризонталном осовином

Рана врста вјетрењаче са хоризонталном осовином. Ротор не може да се окреће "у вјетар"

Испрва у непокретном торњу тамо гдје је вјетар сталног смјера, касније верзије у западној Европи се граде са помичним торњем, који се ручно усмјерава "према вјетру" (енгл. post windmill). Крајем 18. вијека се уводи низ иновација које су омогућиле аутоматско окретање вјетрењаче "у вјетар", углавном уз помоћ репа или додатне мале вјетрењаче која је окретала врх торња. Потпуно потиснуте појавом парних машина, електромотора и мотора са унутрашњим сагоријевањем, све више се враћају у употребу у измијењеном облику за производњу електричне енергије као (вјетроелектране).

Прорачун добијене снаге

Снага која је пренијета на ротор вјетрењаче је пропорционална површини коју покрива ротор, густини ваздуха и кубу (трећем степену) брзине вјетра.

Дакле теоретска корисна снага је:

$P={\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}\alpha \rho \pi r^{2}v^{3}$,

гдје је

• 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 вјетрењача 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 турбине (вјетрењаче).

Укупна снага је 2.5 MW, али само 1.5 MW може да се искористи због Бецовог закона.

Дариус турбина, вјетрењача са вертикалном осовином

Каснији тип вјетрењаче, у стању да се прилагоди промјењивом смјеру вјетра

Вјетрењача у Аустралији за пумпање воде. Врло сличан модел раширен у Америци у 19. вијеку.

Спољашње везе

• Пдф књига Др. Герија Џонсона Windbook.pdf, која покрива све аспекте конструкције вјетрењача и вјетроелектрана.