AKO FUNGUJú VETERNé TURBíNY?

Send

Možno ste ich videli pri jazde krajinou. Alebo ste ich možno videli práve pri pobreží a na obzore sa s ich rotujúcimi čepeľami objavujú veľké. Potom ste ich mohli vidieť na streche niekoho alebo ako súčasť mestskej operácie malého rozsahu. Bez ohľadu na umiestnenie sa veterné turbíny a veterná energia stávajú v modernom svete čoraz bežnejšou črtou.

Veľa z toho súvisí s hrozbou klimatických zmien, znečistením ovzdušia a túžbou odstaviť ľudstvo od jeho závislosti od fosílnych palív. A pokiaľ ide o alternatívnu a obnoviteľnú energiu, očakáva sa, že veterná energia v budúcnosti zaujme druhý najväčší podiel na trhu (po solárnej energii). Ale ako presne fungujú veterné turbíny?

Popis:

Vzduchové turbíny sú zariadenia, ktoré premieňajú kinetickú energiu vetra a zmeny prúdu vzduchu na elektrickú energiu. Spravidla pozostávajú z nasledujúcich komponentov: rotor, generátor a konštrukčný nosný komponent (ktorý môže mať formu veže, mechanizmu vybočenia rotora alebo oboch).

Rotor pozostáva z lopatiek, ktoré zachytávajú energiu vetra a z hriadeľa, ktorý premieňa energiu vetra na nízkootáčkovú rotačnú energiu. Generátor - ktorý je spojený s hriadeľom - prevádza pomalú rotáciu na vysokú energiu na elektrickú energiu pomocou radu magnetov a vodiča (ktorý sa obvykle skladá z medeného drôtu vinutia).

Keď sa magnety otáčajú medeným drôtom, vytvára to rozdiel v elektrickom potenciáli, vytvárajúcom napätie a elektrický prúd. Nakoniec je tu nosný konštrukčný prvok, ktorý zaisťuje, že turbína buď stojí v dostatočne vysokých výškach, aby optimálne zachytávala zmeny tlaku vetra, a / alebo smerovala v smere prúdenia vetra.

Typy veterných turbín:

V súčasnosti existujú dva hlavné typy veterných turbín - veterné turbíny s vodorovnou osou (HAWT) a veterné turbíny s vertikálnou osou (VAWT). Ako už názov napovedá, horizontálne veterné turbíny majú hlavný hriadeľ rotora a elektrický generátor v hornej časti veže, pričom lopatky smerujú do vetra. Turbína je zvyčajne umiestnená proti vetru svojej nosnej veže, pretože veža pravdepodobne za ňou vytvorí turbulencie.

Turbíny vertikálnej osi (opäť, ako to už názov napovedá) majú hlavný hriadeľ rotora usporiadaný vertikálne. Zvyčajne majú menšiu povahu a nemusia byť nasmerované v smere vetra, aby sa mohli otáčať. Tým môžu využívať vietor, ktorý je z hľadiska smeru variabilný.

Vo všeobecnosti sa veterné turbíny na horizontálnej osi považujú za účinnejšie a môžu vytvárať viac energie. Vertikálny model síce vyrába menej elektriny, ale môže sa umiestniť v nižších nadmorských výškach a vyžaduje menej prekážok pre komponenty (najmä otočný mechanizmus). Veterné turbíny je možné na základe ich konštrukcie rozdeliť do troch všeobecných skupín, medzi ktoré patria modely Towered, Savonius a Darrieus.

Vežový model je najbežnejšou formou HAWT, skladajúci sa z veže (ako by napovedá názov) a série dlhých čepelí, ktoré sedí pred (a rovnobežne s) vežou. Savonis je model VAWT, ktorý pri zachytávaní vetra a otáčania sa spolieha na tvarované lopatky (lopatky). Zvyčajne majú nízku účinnosť, ale majú tú výhodu, že sa sami začínajú. Tieto druhy turbín sú často súčasťou veterných operácií na streche alebo sú namontované na morských plavidlách.

Model Darrieus, tiež známy ako „Eggbeater“ turbína, je pomenovaný po francúzskom vynálezcovi, ktorý bol priekopníkom dizajnu - Georges Darrieus. Tento model VAWT využíva rad vertikálnych čepelí, ktoré sú umiestnené rovnobežne s vertikálnou podperou. Zvyčajne majú nízku účinnosť, vyžadujú ďalší rotor, aby sa mohli otáčať, vytvárať vysoký krútiaci moment a aby na vežu pôsobili vysoké napätie. Z tohto dôvodu sú považované za nespoľahlivé, pretože návrhy idú.

História vývoja:

Veterná energia sa používa tisíce rokov na tlačenie plachiet, veterných elektrární alebo na vyvíjanie tlaku na vodné čerpadlá. Najstaršie známe príklady pochádzajú zo Strednej Ázie, kde sa veterné mlyny používané v starej Perzii (Irán) datujú od 500 do 900 nl. Táto technológia sa začala objavovať v Európe v stredoveku a stala sa spoločnou črtou v 16. storočí.

V 19. storočí sa s rozvojom elektrickej energie postavili prvé veterné turbíny schopné vyrábať elektrinu. Prvý bol nainštalovaný v roku 1887 škótskym akademikom Jamesom Blythom, aby zapálil svoj dovolenkový dom v škótskom Marykirku. V roku 1888 americký vynálezca Charles F. Brush postavil prvú automatizovanú veternú turbínu na pohon svojho domu v Clevelande v štáte Ohio.

Začiatkom 20. storočia sa veterné turbíny stali bežným prostriedkom napájania domov v odľahlých oblastiach (napríklad na farmách). V roku 1941 bola vo Vermonte nainštalovaná prvá veterná turbína triedy megawatt a pripojená k miestnej rozvodnej sieti. V roku 1951 Spojené kráľovstvo nainštalovalo svoju prvú veternú turbínu pripojenú k rozvodnej sieti na Orknejských ostrovoch.

V 70. rokoch 20. storočia sa výskum a vývoj technológií veterných turbín značne pokročil vďaka kríze OPEC a protestom proti jadrovej energii. V nasledujúcich desaťročiach sa v západoeurópskych krajinách a Spojených štátoch začali objavovať združenia a lobisti, ktorí sa venujú alternatívnej energii. Do posledného desaťročia 20. storočia sa v Indii a Číne objavilo podobné úsilie v dôsledku rastúceho znečistenia ovzdušia a zvyšujúceho sa dopytu po čistej energii.

Sila vetra:

V porovnaní s inými formami obnoviteľnej energie sa veterná energia považuje za veľmi spoľahlivú a stabilnú, pretože vietor je z roka na rok konzistentný a počas špičkových hodín dopytu sa neznižuje. Výstavba veterných fariem bola spočiatku nákladným projektom. Vďaka nedávnym zlepšeniam však veterná energia začala určovať najvyššie ceny na veľkoobchodných trhoch s energiou na celom svete a znižovala výnosy a zisky priemyslu fosílnych palív.

Podľa správy ministerstva energetiky z marca 2015 by rast veternej energie v Spojených štátoch mohol viesť k ešte kvalifikovanejším pracovným miestam v mnohých kategóriách. Dokument s názvom „Veterná vízia: nová éra veternej energie v Spojených štátoch“ naznačuje, že do roku 2050 by priemysel mohol tvoriť až 35% americkej výroby elektrickej energie.

V roku 2014 sa navyše zišli Globálna rada pre veternú energiu a Greenpeace International, aby zverejnili správu s názvom „Globálny výhľad na veternú energiu 2014“. Táto správa uvádza, že veterná energia na svete by mohla do roku 2050 poskytnúť až 25 až 30% svetovej elektrickej energie. V čase písania správy mali komerčné zariadenia vo viac ako 90 krajinách celkovú kapacitu 318 gigawattov (GW), čo poskytuje asi 3,1% celosvetovej ponuky.

To predstavuje takmer šestnásťnásobné zvýšenie miery prijatia od roku 2000, keď veterná energia predstavovala menej ako 0,2%. Ďalším spôsobom, ako sa na to pozrieť, by bolo povedať, že trhový podiel veternej energie sa za menej ako 15 rokov štvornásobne zdvojnásobil. To ju umiestňuje na druhom mieste iba pre solárnu energiu, ktorá sa za rovnaké obdobie zdvojnásobila, ale stále sleduje stopu v zmysle jej celkového trhového podielu (okolo 1% do roku 2014).

Pokiaľ ide o jeho nevýhody, jedným z ustálených problémov je vplyv veterných turbín na miestnu prírodu a narušenie ich prítomnosti na miestnu krajinu. Ukázalo sa však, že tieto obavy boli nafúknuté záujmovými skupinami a lobistami, ktorí sa snažia zdiskreditovať veternú energiu a ďalšie obnoviteľné zdroje energie.

Napríklad štúdia z roku 2009, ktorú vydalo Národné laboratórium pre obnoviteľnú energiu, stanovila, že výstavba veľkých veterných fariem trvalo narušuje menej ako 1 aker na megawatt a dočasne je narušených menej ako 3,5 akrov na megawatt. Rovnaká štúdia dospela k záveru, že vplyvy na vtáky a netopiere sú relatívne nízke a že rovnaké závery platia aj pre pobrežné plošiny.

Vlády a miestne spoločenstvá na celom svete hľadajú veternú energiu, aby uspokojili svoje energetické potreby. Vo veku rastúcich cien pohonných hmôt, rastúcich obáv z klimatických zmien a zlepšovania technológií je to sotva prekvapujúce. Pri súčasnej miere prijatia je pravdepodobne do polovice storočia jedným z najväčších zdrojov energie.

Nezabudnite si užiť toto video o veterných turbínach, s láskavým dovolením výskumného centra Lewis Research Center NASA:

V časopise Space Magazine sme napísali mnoho zaujímavých článkov o veterných turbínach a veternej energii. Tu je Čo je alternatívna energia?

Viac informácií nájdete v článku Ako pracuje Stuff Works o histórii a mechanike veternej energie a na stránke Greenspace agentúry NASA.

Astronómia Cast má aj niektoré epizódy, ktoré sa vzťahujú k danej téme. Tu je epizóda 51: Krajina a epizóda 308: Zmena podnebia.

zdroj: