Jak działa energia wiatrowa?

Wykorzystując energię wiatrową w ciągu doby możemy wyprodukować około 3-5 razy więcej elektryczności niż dzienne zapotrzebowanie ludzkości na świecie. W przeciwieństwie do źródeł konwencjonalnych, takich jak węgiel kamienny, zasoby energii wiatrowej są powszechnie dostępne, całkowicie odnawiane, a ich produkcja przyjazna środowisku. 

Jak wykorzystać potencjał energetyczny wiatru?  

Znaczna część dostępnych zasobów pozyskiwana jest obecnie przy użyciu turbin wiatrowych. Tradycyjne wiatraki stanowiły źródło energii mechanicznej wykorzystywanej do mielenia pszenicy lub pompowania wody. Nowoczesna turbina wiatrowa wyposażona została w generator elektryczny, który umożliwia produkcję elektryczności.  

Podstawowa zasada działania turbiny wiatrowej jest prosta. Zespół łopat zamontowanych wokół wirnika stwarza opór dla napływającego wiatru. Energia kinetyczna zamieniana jest na energię mechaniczną w wyniku ruchu obrotowego wirnika. Pozyskana w ten sposób energia  trafia przy pomocy wału i przekładni do  generatora, który przetwarza ją w energię  elektryczną. Istnieją trzy podstawowe czynniki, od których zależy ilość wyprodukowanej energii elektrycznej. Należą do nich:

  • Orientacja i rozmiar łopat
  • Aerodynamiczny kształt łopat
  • Natężenie wiatru obracającego wirnik turbiny

Jak zbudowane są turbiny wiatrowe?

Turbiny wiatrowe mogą być projektowane ze względu na położenie osi obrotu wirnika w pozycji poziomej lub pionowej. Pionowe ułożenie pozwala na pobór energii wiatru z dowolnego kierunku, ale z mniejszą sprawnością niż w przypadku turbin o poziomej osi wirnika. Aktualnie najbardziej popularnym rozwiązaniem jest konstrukcja pozioma, która dzięki swojej budowie umożliwia śledzenie kierunku wiatru, a co za tym idzie wykorzystanie w pełni energii, którą on dostarcza. W starszych siłowniach wiatrowych proces obracania turbiny polegał na monitorowaniu ręcznym. Rozwój technologii spowodował, że obecne turbiny wiatrowe wyposażone są w czujniki  i systemy komputerowe dostosowujące łopaty wirnika w sposób automatyczny, tak aby zmaksymalizować uzysk energii. 

Co wpływa na wydajność turbiny?

Na wydajność turbiny wiatrowej  wpływa również ukształtowanie łopat wirnika. W nowoczesnych turbinach ostrza są zakrzywione i posiadają specjalny skręt. Dzięki takim zabiegom zwiększona zostaje siła, z jaką wiatr oddziałuje na łopaty wirnika, a co za tym idzie wzrasta ilość wyprodukowanej energii elektrycznej. Produkcja łopat wirnika odbywa się z wykorzystaniem specjalnych materiałów. Zastosowanie warstw włókna szklanego zapewnia im odporność na niekorzystne warunki atmosferyczne takie jak deszcz lub nadmierne nasłonecznienie. Obecnie większość turbin mierzy ponad  100m i posiada równie duże średnice wirnika. Jest to związane z prędkością wiatru, która zazwyczaj zwiększa się wraz z wysokością. Nawet najlepiej zaprojektowana turbina może działać z wysoką wydajnością tylko wtedy, gdy znajdzie  się w wietrznym środowisku.

Wiatr jest darmowym i nieograniczonym źródłem energii. Pomimo dużego potencjału istnieje jednak limit tego, ile wiatru może zostać przekształcone w energię elektryczną za pomocą turbiny wiatrowej. Dodatkowo, ze względu na okresową dostępność źródła integracja z siecią elektryczną może być utrudniona. 

Nawet pomimo wyzwań turbiny wiatrowe nieustanne dostarczają energię elektryczną ludziom na całym świecie. Dzięki ciągłej poprawie metod prognozowania wiatru, ulepszaniu infrastruktury sieci elektrycznej i systemów magazynowania energii, energia wiatrowa może stać się niezawodnym źródłem energii elektrycznej, które rozwiąże problemy energetyczne na świecie.

Źródło: yoursouldier.com, fot, Thomas Reaubourg/Unsplash