Jednym z pięciu odnawialnych źródeł energii jest wiatr. Źródło to daje ogromne możliwości w produkcji energii elektrycznej. Potencjał techniczny dla zasobów wiatru, czyli ilość energii możliwej do pozyskania w skali roku, za pomocą najlepszych technologii przetwarzania energii, z uwzględnieniem ograniczeń przestrzennych i środowiskowych, szacowany jest na poziomie 2423 TWh. Wartość ta może jednak ciągle wzrastać poprzez budowanie sprawniejszych urządzeń. Natomiast zapotrzebowanie Polski na energię to około 750 TWh1.   Do przetwarzania energii zakumulowanej w wiejącym wietrze służą urządzenia zwane turbinami wiatrowymi. Dostępne są turbiny małe (zarówno pod względem wysokości i średnicy wirnika, jak również pod względem mocy), a także turbiny wysokie o mocy sięgającej nawet 5 MW.

 

Historia

 

Pierwsze wzmianki o wykorzystaniu energii wiejącego wiatru przez ludzkość datowane są na ok. 2000 rok p.n.e.2. Początkowo energia wiatru wykorzystywana była do napędzania łodzi, młynów mielących ziarno czy do pompowania i transportowania wody. Najstarszym typem wiatraka występującym na terenie Europy był „Koźlak”. W Belgii i północnej Francji pojawił się już w XII w., a na obszarze Polski w XIV w., głównie na Kujawach i w Wielkopolsce. Jego cechą charakterystyczną był obrót całego budynku wiatraka, wraz ze skrzydłami, dookoła pionowej osi, którą stanowił drewniany słup, tzw. sztembr. W XVII w. w Europie pojawiły się tzw. wiatraki holenderskie. Ten typ wiatraków charakteryzował się nieruchomym, masywnym korpusem, a obracalna była tylko bryła dachu wraz ze śmigłami. Wykorzystanie energii wiatru na potrzeby produkcji elektryczności zapoczątkowane zostało przez Cahlesa Francisa Brusha, który skonstruował pierwszą elektrownię wiatrową o mocy 12 kW w 1888 roku w Stanach Zjednoczonych3. Konstrukcja ta miała 17 metrów średnicy wirnika i zbudowana była ze 144 drewnianych łopat. Od tego czasu w wielu miejscach na świecie pracowano nad poprawą efektywności turbin wiatrowych. Obecnie energię wiatru do produkcji energii elektrycznej stosuje się już w co najmniej 80 krajach. W Polsce moc urządzeń generujących energię elektryczną z turbin wiatrowych przekroczyła w 2010 roku wartość 1 GW, generując tym samym 1484,9 GWh4.

 

zobacz także:

Małe elektrownie wiatrowe

 

Budowa elektrowni wiatrowych

 

Schemat turbiny wiatrowejTurbiny wiatrowe ze względu na ich konstrukcję podzielić możemy głównie na turbiny o osi poziomej i turbiny o osi pionowej. Znacznie mniej popularne są turbiny o pionowej osi obrotu. Wyróżniamy tu konstrukcje typy Savonius, Darrieus H-Rotor oraz konstrukcję świderkową. Turbiny te cechują się cichą pracą. Są również odporne na duże prędkości wiatru, a swą pracę rozpoczynają przy niższych prędkościach wiatru niż turbiny o poziomej osi obrotu. Natomiast największą wadą tego typu turbin jest niska sprawność. Wśród turbin z poziomą osią obrotu wyróżnić możemy jedno-, dwu-, trój- i wielopłatowe. Są to turbiny najbardziej rozpowszechnione i cechują się znacznie większą sprawnością niż turbiny z pionową osią obrotu. Ich zaletą jest również możliwość montowania ich na wysokich masztach, co pozwala na wykorzystywanie większych zasobów wiatrów. Do wad tych rozwiązań zaliczyć można konieczność montażu mechanizmu naprowadzania na kierunek wiatru lub też głośność ich pracy. Każda elektrownia wiatrowa, o poziomej osi obrotu, zbudowana jest z czterech podstawowych podzespołów. Zaliczamy tutaj: fundament, maszt, gondolę oraz wirnik. Fundament stanowi podstawę każdej elektrowni wiatrowej. Jego rozmiar zależy od wysokości turbiny, a także od warunków geologicznych panujących….

 

Wojciech Luboń
Grzegorz Pełka
Redakcja GLOB Energia
AGH, KSE
Monika Szczygieł
AGH, KSE

Czytaj całość w GlobEnergia 4/2011

okładka-globenergia-4-2011Image19