Galbūt jūs juos matėte važiuodami per kaimą. O gal jūs matėte juos visai šalia kranto, dideliais horizonte besisukančiais ašmenimis. Vėlgi, galbūt jūs juos matėte ant kažkieno stogo arba kaip nedidelio masto miesto veiklos dalį. Nepaisant vietos, vėjo turbinos ir vėjo energija šiuolaikiniame pasaulyje tampa vis labiau paplitusi savybė.
Didelė to dalis susijusi su klimato kaitos grėsme, oro tarša ir noru nujunkyti žmoniją nuo jos priklausomybės nuo iškastinio kuro. Tikimasi, kad vėjo energija ateityje užims antrąją pagal dydį rinkos dalį (po saulės energijos), kalbant apie alternatyvią ir atsinaujinančią energiją. Bet kaip tiksliai veikia vėjo turbinos?
Apibūdinimas:
Oro turbinos yra įrenginiai, kurie kinetinę vėjo energiją ir oro srauto pokyčius paverčia elektros energija. Paprastai jas sudaro šie komponentai: rotorius, generatorius ir konstrukcinis atraminis komponentas (kuris gali būti bokšto, rotoriaus posūkio mechanizmo arba abiejų pavidalų).
Rotorius susideda iš ašmenų, kurie fiksuoja vėjo energiją, ir veleno, kuris vėjo energiją paverčia mažo greičio sukimosi energija. Generatorius, prijungtas prie veleno, lėtą sukimąsi į didelę galią paverčia elektros energija, naudodamas keletą magnetų ir laidininką (kuris paprastai susideda iš suvyniotos varinės vielos).
Kai magnetai sukasi aplink varinę laidą, jis sukuria elektrinio potencialo skirtumą, sukurdamas įtampą ir elektros srovę. Galiausiai yra konstrukcinis atraminis komponentas, užtikrinantis, kad turbina stovėtų pakankamai dideliame aukštyje, kad galėtų optimaliai fiksuoti vėjo slėgio pokyčius ir (arba) susidurti su vėjo srauto kryptimi.
Vėjo turbinų tipai:
Šiuo metu yra du pagrindiniai vėjo turbinų tipai - horizontalios ašies vėjo turbinos (HAWT) ir vertikalios ašies vėjo turbinos (VAWT). Kaip rodo pavadinimas, horizontalios vėjo turbinos turi pagrindinį rotoriaus veleną ir elektros generatorių bokšto viršuje, peiliai nukreipti į vėją. Turbina paprastai pastatyta priešais jos atraminį bokštą, nes bokštas greičiausiai sukels turbulenciją už jo.
Vertikalios ašies turbinų (dar kartą, kaip rodo pavadinimas) pagrindinio rotoriaus velenas yra išdėstytas vertikaliai. Paprastai tai yra mažesnio pobūdžio ir nereikia suktis vėjo kryptimi. Taigi jie gali pasinaudoti vėjo kintama kryptimi.
Apskritai horizontalios ašies vėjo turbinos laikomos efektyvesnėmis ir gali gaminti daugiau energijos. Nors vertikalus modelis generuoja mažiau elektros energijos, jis gali būti dedamas mažesniame aukštyje ir jam reikia mažiau komponentų (ypač posūkio kampo mechanizmo). Vėjo turbinas taip pat galima suskirstyti į tris bendras grupes pagal jų dizainą, į kurį įeina „Towered“, „Savonius“ ir „Darrieus“ modeliai.
Tvorinis modelis yra labiausiai įprasta HAWT forma, susidedanti iš bokšto (kaip rodo pavadinimas) ir ilgų ašmenų, sėdinčių prieš bokštą (ir lygiagrečiai tam). „Savonis“ yra VAWT modelis, kuris remiasi kontūriniais ašmenimis (kaušeliais) vėjo ir nugaros gaudymui. Paprastai jie yra mažai efektyvūs, tačiau pranašumai yra tai, kad jie pradeda savarankiškai. Tokios turbinos dažnai yra vėjo jėgainių stogo dalis arba montuojamos ant jūrų laivų.
„Darrieus“ modelis, dar žinomas kaip „Eggbeater“ turbina, pavadintas prancūzų išradėjo, kuris buvo šio projekto pradininkas, vardu Georgesas Darrieusas. Šiame VAWT modelyje naudojama keletas vertikalių peilių, sėdinčių lygiagrečiai su vertikalia atrama. Paprastai jie yra mažai efektyvūs, norint pradėti suktis, reikalingas papildomas rotorius, sukuriamas didelis sukimo momentas ir didelis įtempis bokštui. Taigi jie laikomi nepatikimais, nes dizainas eina į priekį.
Plėtros istorija:
Vėjo energija tūkstančius metų buvo naudojama burėms stumti, vėjo malūnams gaminti ar vandens siurbliams slėgiui generuoti. Ankstyviausi žinomi pavyzdžiai yra iš Vidurinės Azijos, kur senovės Persijoje (Irane) naudojami vėjo malūnai datuojami 500–900 CE. Ši technologija Europoje pradėjo atsirasti viduramžiais, o įprasta savybė tapo XVI a.
Tobulėjant elektros energijai, XIX amžiuje buvo pastatytos pirmosios vėjo jėgainės, galinčios generuoti elektrą. Pirmąjį 1887 m. Įrengė škotų akademikas Jamesas Blytas, norėdamas apšviesti savo atostogų namus Marykirke, Škotijoje. 1888 m. Amerikiečių išradėjas Charlesas F. Brushas pastatė pirmąją automatizuotą vėjo turbiną savo namams Cleveland mieste, Ohajo valstijoje.
Iki XX amžiaus pradžios vėjo turbinos tapo įprasta namų energijos tiekimo atokiose vietose (tokiose kaip sodybos) energija. 1941 m. Vermonte buvo sumontuota pirmoji megavatų klasės vėjo jėgainė, kuri buvo prijungta prie vietinio komunalinių tinklų. 1951 m. JK Orknio salose įrengė savo pirmąją prie komunalinių tinklų prijungtą vėjo turbiną.
Iki 1970 m. Dėl OPEC krizės ir protestų prieš branduolinę energiją vėjo turbinų technologijos tyrimai ir plėtra labai pažengė į priekį. Vėlesniais dešimtmečiais Vakarų Europos tautose ir JAV ėmė kurtis asociacijos ir lobistai, skirti alternatyviajai energijai. Paskutiniame XX amžiaus dešimtmetyje panašios pastangos atsirado Indijoje ir Kinijoje dėl augančios oro taršos ir augančios švarios energijos poreikio.
Vėjo energija:
Palyginti su kitomis atsinaujinančios energijos rūšimis, vėjo energija laikoma labai patikima ir stabilia, nes vėjas yra pastovus kiekvienais metais ir nesumažėja piko valandomis. Iš pradžių vėjo jėgainių statyba buvo brangi įmonė. Tačiau dėl pastarojo meto patobulinimų vėjo energija pradėjo nustatyti didžiausias kainas didmeninėse energijos rinkose visame pasaulyje ir sumažinti iškastinio kuro pramonės pajamas ir pelną.
Remiantis Energetikos departamento 2015 m. Kovo mėn. Išleista ataskaita, vėjo energijos augimas JAV gali lemti dar aukštesnės kvalifikacijos darbo vietas daugelyje kategorijų. Dokumente, pavadintame „Vėjo matymas: nauja vėjo energijos era JAV“, nurodoma, kad iki 2050 m. Pramonė galėtų pagaminti net 35% JAV pagamintos elektros energijos.
Be to, 2014 m. Pasaulinė vėjo energijos taryba ir „Greenpeace International“ kartu paskelbė pranešimą pavadinimu „Global Wind Energy Outlook 2014“. Šioje ataskaitoje teigiama, kad visame pasaulyje vėjo energija iki 2050 m. Galėtų sudaryti nuo 25 iki 30% visos elektros energijos. Rašant ataskaitą, komercinių įrenginių, esančių daugiau nei 90 šalių, bendras galingumas buvo 318 gigavatai (GW), o tai apie 3,1% pasaulinės pasiūlos.
Tai rodo beveik šešiolika kartų didesnį įvaikinimo procentą nuo 2000 m., Kai vėjo energija sudarė mažiau nei 0,2%. Kitas būdas į tai pažvelgti būtų pasakyti, kad vėjo energijos rinkos dalis per mažiau nei 15 metų padidėjo keturis kartus. Tai užima antrąją vietą po saulės energijos, kuri per tą patį laikotarpį išaugo dvigubai septynis kartus, tačiau vėjo jėgainės vis dar vertina pagal bendrą rinkos dalį (iki 2014 m. - maždaug 1%).
Kalbant apie jo trūkumus, vienas nuolat keliamas klausimas yra vėjo turbinų poveikis vietinei laukinei gamtai ir jų buvimo vietiniam kraštovaizdžiui trikdymas. Tačiau specialiosioms interesų grupėms ir lobistams, siekiantiems diskredituoti vėjo energiją ir kitus atsinaujinančius energijos šaltinius, dažnai buvo įrodyta, kad šie rūpesčiai yra išpūsti.
Pavyzdžiui, 2009 m. Atliktoje Nacionalinės atsinaujinančiosios energijos laboratorijos atliktoje studijoje nustatyta, kad stambių vėjo jėgainių statyba visam laikui trikdo mažiau nei 1 akrą megavatui, o laikinai trikdo mažiau nei 3,5 akrų už megavatą. Tame pačiame tyrime padaryta išvada, kad paukščių ir šikšnosparnių laukinei gamtai poveikis yra palyginti mažas, o tos pačios išvados galioja ir jūrinėms platformoms.
Visame pasaulyje vyriausybės ir vietos bendruomenės nori vėjo energijos, kad patenkintų savo energijos poreikius. Kylančių degalų kainų, didėjančio susirūpinimo dėl klimato kaitos ir tobulėjančių technologijų amžiuje tai beveik nestebina. Esant dabartiniam priėmimo greičiui, jis greičiausiai bus vienas didžiausių energijos šaltinių iki amžiaus vidurio.
Nena, pasak NASA Lewis tyrimų centro, būtinai mėgaukitės šiuo vaizdo įrašu apie vėjo turbinas:
„Space Magazine“ esame parašę daug įdomių straipsnių apie vėjo turbinas ir vėjo energiją. Štai kas yra alternatyvioji energija ?, kas yra iškastinis kuras ?, kokie yra skirtingi atsinaujinančios energijos tipai ?, vėjo energija vandenyne (su kosmoso pagalba) ir ar pasaulis gali veikti saulės ir vėjo energija?
Norėdami gauti daugiau informacijos, skaitykite straipsnį „How Stuff Works“ apie vėjo energijos istoriją ir mechaniką bei NASA „Greenspace“ puslapį.
Astronomijos aktoriai taip pat turi keletą epizodų, susijusių su šia tema. Štai 51 epizodas: Žemė ir 308 epizodai: Klimato pokyčiai.
Šaltiniai:
- Vikipedija - vėjo turbina
- NASA - permainų vėjas
- Energetikos departamentas - Kaip veikia vėjo jėgainės?
- JAV energetikos informacijos agentūra - vėjo turbinų tipai
