Energija vjetra, poznata i kao energija vjetra, je sredstvo za iskorištavanje vjetra i njegovo pretvaranje u električnu energiju. Prosječna efikasnost vjetra turbina je između 35-45%.
Proizvodnja energije vjetra
Vjetar se proizvodi u Zemljinoj atmosferi zbog razlike u temperaturama zemlje na lokalnom ili regionalnom i globalnom nivou. Kada toplo postane zagrijano, diže se ostavljajući mjesto s niskim tlakom zraka; vazduh iz hladnijih regiona sa višim pritiscima vazduha ulazi da izjednači vazdušni pritisak.
Mlinovi i turbine na vjetar koriste prednosti kinetičke energije ili "energije kretanja" koja pomiče zrak ili vjetar s jednog mjesta na drugo i pretvara ga u električnu energiju. Vetroturbine se postavljaju na vetrovitim mestima, tako da vetar može da pomera lopatice turbina. Ove oštrice rotiraju motor, a zupčanici povećavaju rotacije dovoljno da proizvedu električnu energiju. Različiti dizajni turbina su pogodni za različite uslove.
Efikasnost vjetra i faktor kapaciteta vjetra
Efikasnost vjetra nije isto što i faktor kapaciteta vjetra, o čemu se raspravlja kada ljudi razmišljaju o energetskoj efikasnosti. Wind Watch objašnjava razliku između ova dva fenomena.
Efikasnost vjetra i njena granica
Efikasnost vjetra je količina kinetičke energije vjetra koja se pretvara u mehaničku energiju i električnu energiju. Zakoni fizike koje opisuje Betz limit kaže da je maksimalna teorijska granica 59,6%. Vjetar zahtijeva ostatak energije da dune pored lopatica. Ovo je u stvari dobro. Ako bi turbina zarobila 100% energije, vjetar bi prestao puhati i lopatice turbine se ne bi mogle okretati kako bi proizvele električnu energiju.
Međutim, nije moguće da bilo koja mašina trenutno pretvori svih zarobljenih 59,6% kinetičke energije iz vetra u električnu energiju. Postoje ograničenja zbog načina na koji su generatori napravljeni i projektovani, što dodatno smanjuje količinu energije koja se konačno pretvara u snagu. Prosek je trenutno 35-45%, kao što je gore navedeno. Maksimum na vršnim performansama mogao bi doseći 50% prema Wind Watchu. Dokument australske vlade (NSW) takođe se slaže da je 50% maksimalna efikasnost vetra koja se može postići (str. 3).
Energetska efikasnost ne varira toliko koliko faktor kapaciteta vetra zavisi u velikoj meri od lokacije i vremenskih uslova.
Faktor kapaciteta vjetra
Faktor kapaciteta vjetra je količina energije koju proizvede generator u odnosu na ono što bi mogao proizvesti ako bi cijelo vrijeme funkcionisao na vršnom kapacitetu, prema Green Tech Media. Faktor kapaciteta vjetra ima tendenciju da varira od mjesta do mjesta iu različito doba godine, čak i kod istih turbina, jer ovisi o brzini vjetra, njegovoj gustoći i zahvaćenoj površini koja ovisi o veličini generatora ističe Open EI. Faktor kapaciteta vjetra može se optimizirati odabirom mjesta gdje idealni uvjeti vjetra prevladavaju cijelu ili veći dio godine. Stoga je važno uzeti u obzir faktor kapaciteta vjetra i uslove koji na njega utiču kako bi se maksimizirala izlazna snaga.
- Brzina vjetraispod 30 milja na sat proizvodi malo energije prema Wind Watch-u. Čak i mala povećanja brzine mogu se prevesti u značajno povećanje snage proizvedene prema Open EI. Proizvedena električna energija je kocka brzine vjetra, objašnjava Wind EIS.
- Gustina vazduha je veća u hladnijim regionima i na nivou mora nego u planinama. Dakle, idealna mjesta sa velikom gustinom vjetra su mora sa nižim temperaturama prema Open EI. Ovo je jedan od razloga za ekspanziju velikih razmjera proizvodnje vjetra na moru.
- Veće i više turbine mogu iskoristiti prednost većeg vjetra iznad tla i povećanog raspona njihovih lopatica. Ekonomska razmatranja stoga ovdje postaju važna.
Faktor kapaciteta se stalno povećava sa poboljšanom tehnologijom. Vjetroturbine izgrađene 2014. godine dostigle su faktor kapaciteta od 41,2% u poređenju sa 31,2% za turbine izgrađene između 2004-2011, prema Green Tech Media. Međutim, na faktor kapaciteta vjetra ne utiče samo tehnologija, već i sama dostupnost vjetra. Tako je u 2015. godini faktor kapaciteta turbina bio ispod prosjeka prethodnih godina zbog "suše vjetra", objašnjava Green Tech Media.
Poređenje sa drugim izvorima energije
Energetska efikasnost vjetra je bolja od energetske efikasnosti uglja. Samo 29-37% energije u uglju se pretvara u električnu energiju, a gas ima skoro istu efikasnost kao vetar jer se 32-50% energije u gasu može pretvoriti u električnu energiju.
Međutim, u smislu faktora kapaciteta, fosilna goriva su imala bolji učinak od vjetra u SAD-u 2016. prema američkoj Upravi za energetske informacije (EIA).
-
obnovljivi u odnosu na fabrike Fabrike na ugalj u SAD radile su sa 52,7% svog kapaciteta.
- Faktor kapaciteta gasnih postrojenja bio je 56% u SAD-u.
- Nuklearna energija je imala faktor kapaciteta od 92,5%, prema podacima EIA za nefosilna goriva.
- Faktor kapaciteta hidroelektrane bio je 38%.
- Faktor kapaciteta snage vjetra bio je 34,7%.
Kada se poredi izlazna snaga iz različitih izvora energije, bolje je uzeti u obzir ne samo faktor kapaciteta, već i njihovu energetsku efikasnost. To je ono što povećanje proizvodnje energije iz vjetra čini konkurentnim i izvodljivim u poređenju sa fosilnim gorivima koja su također opterećena problemima zagađenja koje uzrokuju.
Prekid utječe na izlaz energije vjetra
Energija vetra pati od isprekidanosti jer vetar nije uvek dostupan i može da duva različitim brzinama, što znači da se energija generiše na nedoslednim nivoima. Energetska intermitentnost je pojava u kojoj energija nije dostupna kontinuirano zbog mnogih faktora koje ljudi ne mogu kontrolirati. Stoga postoje varijacije u ponudi.
Rješenja za prekide
Pošto proizvodnja energije iz vjetroturbina varira iz sata u sat, ili čak iz sekunde u sekundu, dobavljači energije moraju imati veće rezerve energije kako bi zadovoljili i održavali dosljedne nivoe napajanja, objašnjava američki naučnik. Intermitentnost ne znači samo nedostatke već i periode ekscesa; ovo onda također pruža moguće rješenje. Američki naučnik objašnjava da kako se broj izvora energije vjetra povećava, lokalne razlike u vremenskim i vjetrovnim uvjetima mogu uravnotežiti nedostatke i višak.
Poboljšane vremenske prognoze i modeliranje takođe olakšavaju uračunavanje čak i kratkoročnih promena snage vetra. Kombinacija izvora je takođe neophodna da bi se izjednačile dnevne ili sezonske razlike u proizvodnji energije vetra.
Bez obzira na prekide, rasprostranjene nove vjetroelektrane širom SAD-a, zapravo su pomogle u stabilizaciji napajanja, posebno tokom ekstremnih vremenskih uvjeta u Teksasu prema Clean Technica.
Cena
U 2017. Independent je objavio da je proizvodnja energije iz vjetra jeftinija nego iz fosilnih goriva. Proizvodnja megavat-sata (MWh) 2017. koštala je 50 dolara. Sa poboljšanjem tehnologije, troškovi nastavljaju da padaju, čineći ga privlačnijim od konvencionalnih zagađujućih izvora energije. SAD se nadaju da će potaknuti ovaj pokret pružanjem vladinih poticaja, da povećaju udio energije vjetra koja je davala 6% svoje električne energije u 2016. prema EIA.
Wind EIS napominje da su 80% troškova kapitalni troškovi uključeni u instaliranje turbina, a 20% je operativno. Međutim, budući da nisu uključeni troškovi goriva, a uzimajući u obzir energiju proizvedenu u svom životnom ciklusu, energija vjetra je konkurentna.
Energija bez ugljenika
Energija vjetra je jedna od efikasnijih alternativa energiji fosilnih goriva. Predviđa se da bi do 2050. godine 139 zemalja koje trenutno koriste 99% svjetske energije mogle koristiti 100% obnovljivu energiju. Prema izvještaju Svjetskog foruma za 2017., vjetar i sunce mogli bi zajedno obezbijediti čak 97% ove energije. Ovo može pomoći u obuzdavanju porasta globalnog zagrijavanja ispod 1,5C. Bilo da se radi o vjetroelektrani na padini ili duž obale, tehnologija vjetroturbina nudi znatno efikasniji način za proizvodnju upotrebljive električne energije od neobnovljivih tradicionalnih izvora.
