Možná jste je viděli při jízdě krajinou. Nebo jste je možná viděli těsně u pobřeží a jejich spřádací čepele se na obzoru vynořují. Potom jste je možná viděli na něčí střeše nebo jako součást městské městské operace. Bez ohledu na umístění se větrné turbíny a větrná energie stávají v moderním světě stále běžnějším rysem.
Většina z toho souvisí s hrozbou změny klimatu, znečištěním ovzduší a touhou odstavit lidstvo od jeho závislosti na fosilních palivech. A pokud jde o alternativní a obnovitelnou energii, očekává se, že větrná energie v budoucnosti zaujme druhý největší podíl na trhu (po solární energii). Ale jak přesně fungují větrné turbíny?
Popis:
Vzduchové turbíny jsou zařízení, která přeměňují kinetickou energii větru a změny proudu vzduchu na elektrickou energii. Obecně se skládají z následujících komponent: rotor, generátor a konstrukční nosná součást (která může mít podobu buď věže, rotačního vychylovacího mechanismu, nebo obou).
Rotor se skládá z lopatek, které zachycují energii větru a hřídele, který přeměňuje energii větru na nízkou rychlost rotační energie. Generátor - který je připojen k hřídeli - přeměňuje pomalou rotaci na vysokou energii na elektrickou energii pomocí řady magnetů a vodiče (který se obvykle skládá z vinutého měděného drátu).
Když se magnety otáčejí měděným drátem, vytváří to rozdíl v elektrickém potenciálu, vytvářející napětí a elektrický proud. Konečně je zde nosná konstrukční část, která zajišťuje, že turbína buď stojí v dostatečně vysokých výškách, aby optimálně zachycovala změny tlaku větru, a / nebo směřovala ve směru proudění větru.
Typy větrných turbín:
V současné době existují dva hlavní typy větrných turbín - větrné turbíny s vodorovnou osou (HAWT) a větrné turbíny s vertikální osou (VAWT). Jak už název napovídá, horizontální větrné turbíny mají hlavní hřídel rotoru a elektrický generátor na vrcholu věže s lopatkami směřujícími do větru. Turbína je obvykle umístěna proti větru její podpůrné věže, protože věž pravděpodobně způsobí turbulenci za ní.
Vertikální osové turbíny (opět, jak název napovídá) mají hlavní hřídel rotoru uspořádanou vertikálně. Obvykle jsou svou povahou menší a nemusejí být namířeny ve směru větru, aby se mohly otáčet. Mohou tak využít větru, který je z hlediska směru variabilní.
Obecně jsou větrné turbíny s vodorovnou osou považovány za účinnější a mohou produkovat více energie. Zatímco vertikální model generuje méně elektřiny, může být umístěn v nižších výškách a potřebuje méně ve způsobu komponent (zejména mechanismus zatáčení). Větrné turbíny lze také rozdělit do tří obecných skupin na základě jejich návrhu, který zahrnuje modely Towered, Savonius a Darrieus.
Věžový model je nejběžnější formou HAWT, sestávající z věže (jak název napovídá) a řady dlouhých lopatek, které sedí před věží (a rovnoběžně s ní). Savonis je model VAWT, který při zachycování větru a rotace spoléhá na konturované lopatky (lopatky). Obvykle mají nízkou účinnost, ale mají výhodu, že se samy rozbíhají. Tyto druhy turbín jsou často součástí střešních větrných operací nebo namontovány na mořských plavidlech.
Model Darrieus, známý také jako „Eggbeater“ turbína, je pojmenován po francouzském vynálezci, který propagoval design - Georges Darrieus. Tento model VAWT využívá řadu vertikálních lopatek, které sedí rovnoběžně s vertikální podporou. Jsou obecně nízké účinnosti, vyžadují další rotor, aby se začal otáčet, produkovat vysoký točivý moment a působit vysoké napětí na věž. Z toho důvodu jsou považovány za nespolehlivé, jak návrhy pokračují.
Historie vývoje:
Větrná energie se už tisíce let používá k tlačení plachet, větrných mlýnů nebo ke generování tlaku pro vodní čerpadla. Nejstarší známé příklady pocházejí ze střední Asie, kde větrné mlýny používané ve starověké Persii (Írán) byly datovány mezi 500 - 900 nl. Tato technologie se začala objevovat v Evropě během středověku a stala se běžnou součástí 16. století.
V 19. století, s rozvojem elektrické energie, byly postaveny první větrné turbíny schopné vyrábět elektřinu. První byl nainstalován v roce 1887 skotským akademikem Jamesem Blythem, aby zapálil svůj rekreační dům ve skotském Marykirku. V roce 1888 postavil americký vynálezce Charles F. Brush první automatizovanou větrnou turbínu k napájení svého domu v Clevelandu v Ohiu.
Počátkem 20. století se větrné turbíny staly běžným prostředkem napájení domů v odlehlých oblastech (jako jsou zemědělské usedlosti). V roce 1941 byla ve Vermontu instalována první větrná turbína třídy megawatt a připojena k místní rozvodné síti. V roce 1951 nainstalovala Velká Británie svou první větrnou turbínu spojenou s rozvodnou sítí na Orknejských ostrovech.
V 70. letech 20. století výzkum a vývoj technologie větrných turbín značně pokročil díky krizi OPEC a protestům proti jaderné energii. V následujících desetiletích se v západoevropských zemích a ve Spojených státech začaly objevovat asociace a lobbisté věnující se alternativní energii. V poslední dekádě 20. století se v Indii a Číně objevilo podobné úsilí v důsledku rostoucího znečištění ovzduší a rostoucí poptávky po čisté energii.
Síla větru:
Ve srovnání s jinými formami obnovitelné energie je větrná energie považována za velmi spolehlivou a stabilní, protože vítr je z roku na rok stálý a během špičkových hodin poptávky se nesnižuje. Zpočátku byla výstavba větrných farem nákladná. Ale díky nedávným zlepšením začala větrná energie stanovovat nejvyšší ceny na velkoobchodních trzích s energií na celém světě a snižovat příjmy a zisky z odvětví fosilních paliv.
Podle zprávy ministerstva energetiky z března 2015 by růst větrné energie ve Spojených státech mohl vést v mnoha kategoriích k ještě kvalifikovanějším pracovním místům. Dokument s názvem „Větrná vize: nová éra pro větrnou energii ve Spojených státech“ ukazuje, že do roku 2050 by toto odvětví mohlo představovat až 35% americké výroby elektřiny.
V roce 2014 se navíc sešla Rada pro globální větrnou energii a Greenpeace International, aby zveřejnily zprávu s názvem „Výhled na globální větrnou energii 2014“. Tato zpráva uvedla, že větrná energie by mohla do roku 2050 poskytnout celosvětově až 25 až 30% celosvětové elektřiny. V době psaní zprávy měla komerční zařízení ve více než 90 zemích celkovou kapacitu 318 gigawattů (GW), což poskytuje asi 3,1% celosvětové nabídky.
To představuje téměř šestnáctinásobné zvýšení míry adopce od roku 2000, kdy větrná energie představovala méně než 0,2%. Dalším způsobem, jak se na to podívat, by bylo říci, že tržní podíl větrné energie se za méně než 15 let čtyřikrát zdvojnásobil. Tím je na druhém místě pouze solární energie, která se ve stejném období zdvojnásobila sedmkrát, ale stále stále sleduje vítr podle svého celkového podílu na trhu (asi 1% do roku 2014).
Pokud jde o jeho nevýhody, jedním z ustavičně vyvstávaných problémů je vliv větrných turbín na místní divokou zvěř a rušení jejich přítomnosti na místní krajinu. Ukázalo se však, že tyto obavy byly nafouknuty zvláštními zájmovými skupinami a lobbisty usilujícími o diskreditaci větrné energie a dalších obnovitelných zdrojů energie.
Například studie z roku 2009, kterou zveřejnila Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie, stanovila, že výstavbou rozsáhlých větrných farem je trvale narušeno méně než 1 akr na megawatt a dočasně je narušeno méně než 3,5 akrů na megawatt. Stejná studie dospěla k závěru, že dopady na ptáky a netopýry jsou relativně nízké a že stejné závěry platí i pro pobřežní platformy.
Vlády a místní komunity na celém světě hledají větrnou energii, aby uspokojily své energetické potřeby. Ve věku rostoucích cen pohonných hmot, rostoucího znepokojení nad změnou klimatu a zlepšování technologie je to sotva překvapivé. Při současném tempu přijetí je pravděpodobně do poloviny století jedním z největších zdrojů energie.
A ujistěte se, že si toto video o větrných turbínách můžete dovolit díky výzkumnému centru Lewis Research Center NASA:
Zde jsme psali mnoho zajímavých článků o větrných turbínách a větrné energii zde ve Space Magazine. Zde je Co je alternativní energie ?, Co jsou fosilní paliva ?, Jaké jsou různé typy obnovitelné energie ?, Větrná energie na oceán (s pomocí z vesmíru), a mohl by svět běžet na sluneční a větrnou energii?
Další informace naleznete v článku Jak Stuff Works o historii a mechanice větrné energie a na stránce Greenspace NASA.
Astronomie Cast má také některé epizody, které se vztahují k danému tématu. Zde je epizoda 51: Země a epizoda 308: Změna klimatu.
Zdroje:
- Wikipedia - Větrná turbína
- NASA - Vítr změn
- Oddělení energetiky - Jak fungují větrné turbíny?
- Americká energetická informační agentura - typy větrných turbín
