Transcript Energia wiatrowa - Eszkola

Energia
Wiatrowa
Klaudia Mikołajczak
Co to jest ENERGIA WIATROWA?
Jest to energia kinetyczna przemieszczających się mas
powietrza, zaliczana do odnawialnych źródeł energii.
Przekształcana w energię elektryczną za pomocą turbin
wiatrowych, jak również wykorzystywana jako energia
mechaniczna w wiatrakach i pompach wiatrowych.
Używane
także
jako
źródło
napędu
w
jachtach żaglowych. W 2010 roku energia wiatru
dostarczyła ludzkości 430 TWh, czyli ok. 2,5%
światowego zapotrzebowania na energię elektryczną.
Fizyka wiatru
Energia kinetyczna powietrza przelatującego przez
powierzchnię A w czasie t określa się wzorem:
gdzie:
v - prędkość wiatru
ρ - gęstość powietrza.
Avt to objętość powietrza przelatującego przez
powierzchnię A, Avtρ jego masę.
Powierzchniowa gęstość mocy (energia na jednostkę
czasu i powierzchni), określa się wzorem:
Moc jest więc zależna od trzeciej potęgi prędkości,
czyli oznacza to, że wiatr o dwukrotnie większej
prędkości może dostarczyć ośmiokrotnie więcej mocy.
Dlatego też lokalizacja turbin wiatrowych w
miejscach gdzie wieją silne wiatry ma kluczowe
znaczenie dla ich efektywności.
Niestety nie cała energia kinetyczna wiatru może
zostać wykorzystana przez turbinę. Wykorzystanie
energii powoduje, że wiatr zwalnia, co utrudnia
dalszy napływ wiatru. Teoretycznie maks.
efektywność turbiny może wynieść 59,3%. Lecz w
praktyce efektywność turbin jest niższa.
Dostępność energii
Źródłem energii kinetycznej wiatru jest energia
światła słonecznego. Ziemia ogrzewana jest
nierównomiernie, lądy nagrzewają się i stygną szybciej
niż morza. Poprzez to na Ziemi cały czas tworzą się
różnice temperatur. Wywołuje to prądy konwekcyjne
w atmosferze, różnice ciśnień i cyrkulację powietrza.
Szacuje się, że oko. 1% energii słonecznej docierającej
do powierzchni Ziemi przekształca się w energię
wiatrów. Oznacza to, że ich sumaryczna moc może
sięgać 900 TW. Większość tej mocy należy do
wiatrów wiejących na dużych wysokościach i nad
oceanami. Ilość mocy, która może być praktycznie
wykorzystana jest szacowana (w zależności od
metodologii) od 18 do 170 TW. Dla porównania,
całkowite zapotrzebowanie ludzkości to 15–18 TW.
Produkcja energii elektrycznej
Najczęściej stosowanym urządzeniem do produkcji energii
elektrycznej z energii wiatru jest turbina wiatrowa. Stanowi ona
główny element elektrowni wiatrowej. Składa się z
wirnika zamontowanego na wysokiej wieży i połączonego z
generatorem prądu. Wiatry wiejące przy powierzchni Ziemi mają
zwykle niewielką prędkość, więc moc generowanego prądu można
zwiększać zarówno zwiększając średnicę wirnika jak i wysokość
wieży. Ograniczeniem jest wytrzymałość materiałów, z których
zbudowana jest turbina. Największe współcześnie budowane
turbiny mają wirniki o średnicy 164 metrów zamontowane na
wieży o wysokości 187 metrów i umożliwiają wytwarzanie 7
MW mocy.
Siła wiatru jest zmienna, więc turbiny wiatrowe
przez większość czasu nie pracują z pełną mocą.
Stosunek wytwarzanej energii do teoretycznie
możliwej do wytworzenia przez daną turbinę wynosi
zwykle 20–40%. Najwyższe wyniki uzyskują
turbiny umieszczone w szczególnie dogodnych
miejscach. Przykładowo 1 MW turbina o
współczynniku wydajności 35% wytwarza w ciągu
roku 1 × 0.35 × 24 × 365 = 3066 MWh, zamiast
teoretycznie możliwych 8760 MWh.
Moc generowana przez turbiny może gwałtownie się
zmieniać z godziny na godzinę oczywiście w zależności
od siły wiatru. Ulega też zmianom dobowym i rocznym.
Odbiorcy energii elektrycznej nie chcą być uzależnieni od
takich zmian, więc duże elektrownie wiatrowe muszą
być wspomagane przez klasyczne elektrownie, lub przez
systemy magazynowania energii (np. elektrownia
szczytowo-pompowa lub CAES). Wykorzystanie energii
słonecznej i wiatrowej równocześnie może częściowo
niwelować ten problem. Wyże baryczne charakteryzują
się czystym niebem i stosunkowo słabymi wiatrami przy
powierzchni, a niże baryczne są zwykle bardziej
wietrzne i bardziej pochmurne. Podobnie na wielu
obszarach najsilniejsze wiatry wieją w zimie, gdy energii
słonecznej jest najmniej.
Energetyka wiatrowa
Już od początku XXI wieku energetyka wiatrowa
rozwija się w tempie 20–30% rocznie. Moc
elektrowni wiatrowych wybudowanych do 2000 roku
wynosiła 18 GW, do 2005 roku wynosiła już 59 GW,
a do 2010 roku wynosiła całe 199 GW. W 2011 roku
całkowita moc elektrowni wiatrowych wynosiła 239
GW, w 2012 wynosiła 282 GW.