Energija vjetra

Elektrana na vjetar

Vjetar spada u grupu stohastičkih pojava u prirodi što znači da ga nije moguće predvidjeti. Nastaje kao posljedica razlika temperatura zraka (zbog uticaja Sunca) a proračun ekonomske isplativosti je veoma složen i zahtijeva dugotrajna mjerenja, analize i studije uključujući statističke elemente (Weibull i Rayleigh). Najbitniji elementi za gradnju turbina su stalnost postojanja vjetra, opseg brzina vjetra.. Na osnovu ovih elemenata određuje se radijus i broj lopatica rotora turbine, instalisana snaga i količina energije koja se može dobiti. Grade se za snabdijevanje osamljenih mjesta ili kao dopunski izvori konvencionalnim sistemima. Danas se grade vjetroelektrane čija snaga ide i do 6 MW. Najbolja mjesta za gradnju vjetroelektrana su ona gdje su vjetrovi što stalniji i sa brzinama od 3 do 20 m/s. Maksimalna snaga turbine se računa po obrascu: Ptmax = 0,384 sv ³ gdje je s površina koju opisuje rotor turbine a v je brzina vjetra.

Vjetroelektrane

Turbine na vjetar mogu biti sa radijalnim i aksijalnim rotorom. Osnovni elementi su: turbina, mjenjačka kutija, generator, AC/DC konverter, akumulatori, DC/AC invertor i spojni vodovi. Grade se sa snagama od nekoliko kW do 6 MW. Mogu se koristiti kao samostalni izvori za napajanje usamljenih objekata ili dopunski izvori konvencionalnim elektranama. Najveći problem predstavlja stalnost postojanja i jednakost brzina vjetra. Najbolji rezultati se postižu ako su prosječne brzine vjetra između 3 i 20 m/s. Dobre osobine: nema nikakvih plinova koji zagađuju okolinu, ne traže vanjske izvore nikakve druge energije osim kinetičke energije vjetra i relativno jeftino održavanje. Loše osobine: prave veliku buku, grade se na izolovanim mjestima pa je pristup težak, opasnost za ptice, veoma velika početna ulaganja kapitala.

Vjetroelektrana Roscoe u zapadnom Teksasu

Energetski proračun turbine na vjetar

Kako pojavljivanje vjetra spada u stohastičko polje varijabli i potrebno je dugotrajno praćenje, mjerenje i dokumentovanje podataka za određeno područje. Ekonomski je isplativo graditi samo na područjima gdje su vjetrovi veoma česti (što bliži stalnim vrijednostima ) i gdje se brzine kreću od 3 do 20 m/s. Za određivanje pojavljivanja prosječnih brzina vjetra koriste se statističke metode: Weibull-ova vmv =0.8^vpr i Railigh-ova $p(v)={\frac {k}{c}}({\frac {k}{c}})^{k-1}e^{-({\frac {v}{c}})^{k}}$. Dobivena energija (pa i snaga) turbine jednaka je razlici ulazne i izlazne energije (snage) vjetra Pt= Pul – Piz tj $P_{t}={\frac {\varphi (S_{ul}\cdot v_{ul}^{3}-S_{iz}\cdot v_{iz}^{3})}{2}}$ gdje je ρ gustina zraka, S radne površine vjetra a v brzine vjetra. Maksimalna snaga turbine može se dobiti preko obrasca Ptmax = 0.384sv³

Ekonomska vrijednost elektrane na vjetar

Ako se uzmu u obzir svi ekonomski aspekti (nepouzdanost u postojanje vjetra, infrastruktura koju treba izgraditi na izolovanim prostorima daleko od naselja, cijena opreme..) cijena kWh vjetroelektrane su još uvijek znatno veće od cijena kWh dobivenih iz konvencionalnih elektrana. Ipak moraju se uzeti ekološki aspekti gledano na duže vremenske periode ili za napajanje izolovanih prostora. Ovaj vid je i te kako poželjan i isplativ. Elektrane na vjetar se sve više grade kao dopunski izvori električne energije. Ukupni troškovi se računaju po formuli $UT={\frac {PKT(GK+GTO)}{GPE}}$ gdje je UT-ukupan trošak, PKT-početki kapitalni troškovi, GK-godišnja kamata, GTO-godišnji troškovi održavanja a GPE je godišnja proizvodnja energije.