Elektrownie wiatrowe.pdf

Młody

Technik

Pomyślne

wiatry

Sierpień

1999

Już w starożytnej Persji mielono ziarno korzystając z energii

wiatru. Do dziś mamy możność podziwiać na naszej wsi

malownicze wiatraki, czasem (niestety, coraz rzadziej) z

majestatycznie obracającymi się czteroramiennymi skrzydłami.

Niedaleko od Palm Springs w Kalifornii jest przełęcz San

Gorgonio, gdzie można zobaczyć jeszcze bardziej niezwykły widok

- ponad 4000 wirujących olbrzymich śmigieł przekształca energię

wiatru w prąd elektryczny.

Wiatr powstaje pod wpływem nierównomiernego nagrzewania

przez słońce powierzchni ziemi o zmiennej topografii. Zależnie od

aury i pory roku kierunek wiatru może się zmieniać. Powietrze

nad obszarami nagrzewanymi promieniami słońca unosi się do

góry, co powoduje zasysanie chłodnego powietrza, np. z nad

morza. Przełęcz pomiędzy pasmami górskimi może utworzyć coś

w rodzaju naturalnego tunelu, w którym wieją względnie stabilne

i silne wiatry. Przy samej powierzchni ziemi wiatr jest

wyhamowywany przez nierówności terenu, zarośla, itp. Im wyżej

tym prędkość wiatru jest większa. Takie naturalne tunele

doskonale nadają się do budowania elektrowni wiatrowych.

Przełęcz usytuowana pomiędzy wysokimi na około 3000 metrów

grzbietami gór San Jacinto i San Gorgonio, tworzy tunel wiatrowy

(jeden z największych w Kalifornii), o szczytowej mocy wiejącego

tam wiatru szacowanej na 3300 MW. Zarejestrowano, że wiatry o

prędkości ponad 56 km/h często wieją tam nieprzerwanie przez

ponad 300 godzin.

(...) Moc elektrowni wiatrowej jest proporcjonalna do powierzchni

omiatanej przez śmigło oraz do sześcianu prędkości wiatru.

Podwojenie prędkości wiatru daje ośmiokrotny wzrost mocy. I tak

dwułopatkowe śmigło o rozpiętości 4,6 m przy prędkości wiatru

32 km/h generuje ponad 2 kW, a śmigło o rozpiętości 6,1 m daje

moc 3,7 kW.

Najczęściej stosowane są śmigła dwu-, lub trójłopatkowe, choć

teoretycznie wystarczy jedna łopatka. Na śmigło działają różne

siły na różnych wysokościach - z uwagi na zmienną prędkość

wiatru. Występuje też efekt "cienia", kiedy łopatka śmigła mija

słup konstrukcji nośnej, zasłaniający część wiatru. Efektem są

bardzo duże różnice sił działających na łopatki śmigła,

przenoszące się na układy łożysk.

(...) Gondola wiatraka jest umieszczona na konstrukcji stalowej o

wysokości 30 - 60 metrów. Prąd z generatora przekazywany jest

kablem do własnej podstacji z transformatorem u podstawy

masztu. Stamtąd wytwarzany prąd może być przekazywany za

pośrednictwem transformatorów do sieci elektroenergetycznej i

dalej do odbiorców.

Elektrownie wiatrowe wymagają stosunkowo dużej powierzchni i z

reguły są budowane z dala od większych osiedli. Przyjmuje się, że

elektrownia o mocy 1 MW wymaga około 6 ha powierzchni ziemi.

Średnie roczne zasoby energii wiatrów na całej kuli ziemskiej są

ponad 1800 razy większe od energii wytwarzanej przez wszystkie

elektrownie cieplne oraz ponad 1200 razy większe od zasobów

energii wód śródlądowych. (Gdyby udało się wykorzystać z nich

choćby ułamek procenta!). W USA do sieci elektroenergetycznej

podłączone jest około 1700 elektrowni wiatrowych o łącznej mocy

1700 MW, co stanowi 1% ogólnej mocy zainstalowanej całego

systemu energetycznego. Departament Energetyki przewiduje, że

w ciągu najbliższych 15 lat nastąpi 6-krotny wzrost ilości energii

uzyskiwanej z wiatru, a do roku 2050 elektrownie wiatrowe będą

pokrywać nie mniej niż 10% zapotrzebowania na energię

elektryczną.

W Europie moc zainstalowanych elektrowni wiatrowych wynosi

prawie 2000 MW i do roku 2000 ma ulec podwojeniu. Dania,

będąca jednym z pionierów tej technologii, zamierza pokrywać

10% swojego zapotrzebowania na energię wykorzystując wiatr.

Intensywne prace rozwojowe w tej dziedzinie prowadzi wiele

krajów, w tym: Indie, Chiny, Kanada, Argentyna, Ukraina, czy

Nowa Zelandia.

W Polsce rejonami o największych rezerwach energii wiatru są

Tatry, Karkonosze i Wybrzeże Bałtyku. W przypadku Warszawy

około 43% wiatrów ma prędkość w granicach 10 km/h - 54

km/h.

Konstruktorzy elektrowni wiatrowych wykorzystują bogate

doświadczenie z dziedziny aerodynamiki oraz stosują nowoczesne

materiały i technologie. Wiele elementów konstrukcyjnych

początkowo brano wprost z przemysłu lotniczego, jak np. wirniki

helikopterowe, czy też skrzydła szybowców wyczynowych.

Okazuje się jednak, że warunki pracy łopaty śmigła w elektrowni

wiatrowej odbiegają od tych, z jakimi ma do czynienia skrzydło,

czy śmigło samolotu. Powodem jest tu sprzeczność występująca

pomiędzy zmieniającą się w szerokich granicach prędkością

wiatru, a pożądanym zachowaniem stałych obrotów generatora

prądu. I tak np. szkodliwe w przypadku skrzydła samolotu

zjawisko "przeciągnięcia", powodujące oderwanie się strug

powietrza od powierzchni skrzydła, może być korzystne dla śmigła

elektrowni wiatrowej, jako zapobiegające nadmiernemu

nabieraniu obrotów.

Ponieważ prędkość wiatru wzrasta wraz z wysokością nad

poziomem ziemi przeto zrozumiała jest tendencja do

umieszczania wiatraków możliwie wysoko. Powstał nawet pomysł

konstrukcji EHD (Extended-Height-to-Diameter-ratio)

umieszczania śmigła na bardzo wysokim słupie. Jeden z takich

projektów przewiduje umieszczenie dużej turbiny wiatrowej na

wieży wysokości... 1000 m!

Ale zrodził się też oryginalny pomysł instalowania małych

wiatraczków na bandach ograniczających pasy autostrady, aby w

ten sposób móc wykorzystywać wiatr indukowany przez pędzące

pojazdy. Natomiast specjaliści NASA spodziewają się, że

elektrownie wiatrowe będą się doskonale spisywać na Marsie,

gdzie podobno stale buszują huragany.

W energetyce liczą się efekty ekonomiczne. Prąd elektryczny

wytwarzany przez elektrownię wiatrową po dostosowaniu go do

wymaganego standardu pod względem częstotliwości i napięcia,

jest kierowany do transformatora głównego, a następnie do

podstacji. Podstacja jest połączona z linią przesyłową wysokiego

napięcia, rozprowadzającą energię elektryczną po kraju.

Większość elektrowni wiatrowych pracuje w ciągu roku więcej

godzin, aniżeli przeciętne auto przez cały okres swojej

eksploatacji. Przebieg auta wynoszący 160.000 km jest

przyrównywany do 2000 godzin pracy elektrowni wiatrowej przy

wietrze wiejącym z prędkością 80 km/h. A przeciętna elektrownia

wiatrowa pracuje w ciągu roku od 3000 do 5000 godzin.

Kluczowe znaczenie dla jej sprawnego działania ma zatem

obsługa i konserwacja. Intensywna praca wiatraka wymaga

przeprowadzania dwóch poważnych przeglądów mechanizmów w

ciągu roku, a nie jest to łatwe.

Zalety elektrowni wiatrowych są oczywiste: nie dymią i nie

powodują zanieczyszczenia atmosfery tlenkami siarki, czy azotu

(będącymi sprawcami kwaśnych deszczów), ani nie wytwarzają

ozonu. Ale są i wady: wirujące śmigła zabijają ptaki (szczególnie

szkoda orłów), lub wydają nieprzerwanie nużący, furkoczący

szum.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: