Energija vjetra, poznata i kao energija vjetra, sredstvo je iskorištavanja vjetra i njegovog pretvaranja u električnu energiju. Prosječna učinkovitost vjetra turbina je između 35-45%.
Proizvodnja energije vjetra
Vjetar nastaje u Zemljinoj atmosferi zbog razlika u Zemljinim temperaturama na lokalnoj ili regionalnoj i globalnoj razini. Kada se toplo zagrije, diže se ostavljajući mjesto s niskim tlakom zraka; zrak iz hladnijih područja s višim tlakom zraka ulazi kako bi izjednačio tlak zraka.
Vjetrenjače i turbine iskorištavaju kinetičku energiju ili "energiju gibanja" koja pomiče zrak ili vjetar s jednog mjesta na drugo i pretvara ih u električnu energiju. Vjetroturbine se postavljaju na vjetrovitim mjestima, tako da vjetar može pokretati lopatice turbina. Ove lopatice okreću motor, a zupčanici povećavaju rotacije dovoljno za proizvodnju električne energije. Različiti dizajni turbina prikladni su za različite uvjete.
Učinkovitost vjetra i faktor kapaciteta vjetra
Učinkovitost vjetra nije isto što i faktor kapaciteta vjetra, o čemu se raspravlja kada ljudi razmišljaju o energetskoj učinkovitosti. Wind Watch objašnjava razliku između ta dva fenomena.
Učinkovitost vjetra i njezina granica
Učinkovitost vjetra je količina kinetičke energije u vjetru koja se pretvara u mehaničku energiju i električnu energiju. Zakoni fizike koje opisuje Betz Limit kažu da je najveća teoretska granica 59,6%. Vjetar zahtijeva ostatak energije da puše pored lopatica. Ovo je zapravo dobro. Kad bi turbina zarobila 100% energije, vjetar bi prestao puhati i lopatice turbine ne bi se mogle okretati za proizvodnju električne energije.
Međutim, trenutno nije moguće za bilo koji stroj pretvoriti svih zarobljenih 59,6% kinetičke energije iz vjetra u električnu energiju. Postoje ograničenja zbog načina na koji su generatori napravljeni i konstruirani, što dodatno smanjuje količinu energije koja se konačno pretvara u snagu. Trenutačni prosjek je 35-45%, kao što je gore navedeno. Maksimalna vršna izvedba mogla bi doseći 50% prema Wind Watchu. Dokument australske vlade (NSW) također se slaže da je 50% maksimalna učinkovitost vjetra koja se može postići (str. 3).
Energetska učinkovitost ne varira toliko koliko varira faktor kapaciteta vjetra koji u velikoj mjeri ovisi o lokaciji i vremenskim uvjetima.
Faktor kapaciteta vjetra
Faktor kapaciteta vjetra je količina energije koju proizvede generator u odnosu na ono što bi mogao proizvesti da cijelo vrijeme radi na najvećem kapacitetu, prema Green Tech Media. Faktor kapaciteta vjetra varira od mjesta do mjesta iu različito doba godine, čak i s istim turbinama, budući da 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 vjetrovi uvjeti vladaju cijeli ili veći dio godine. Stoga je važno uzeti u obzir faktor kapaciteta vjetra i uvjete koji na njega utječu kako bi se povećala izlazna snaga.
- Brzina vjetraispod 30 milja na sat proizvodi malo energije prema Wind Watchu. Čak i mala povećanja brzine mogu se pretvoriti u značajno povećanje generirane snage prema Open EI. Proizvedena električna energija je kub brzine vjetra, objašnjava Wind EIS.
- Gustoća zraka veća je u hladnijim regijama i na razini mora nego u planinama. Dakle, idealna mjesta s velikom gustoćom vjetra su mora s nižim temperaturama prema Open EI-u. Ovo je jedan od razloga za veliku ekspanziju proizvodnje vjetra na moru.
- Veće i više turbine mogu iskoristiti više vjetra iznad tla i veći raspon njihovih lopatica. Ekonomska razmatranja stoga ovdje postaju važna.
Faktor kapaciteta stalno se povećava s poboljšanom tehnologijom. Vjetroturbine izgrađene 2014. dosegle su faktor kapaciteta od 41,2% u usporedbi s 31,2% za turbine izgrađene između 2004. i 2011., prema Green Tech Media. Međutim, na faktor kapaciteta vjetra ne utječe samo tehnologija, već i sama dostupnost vjetra. Stoga je 2015. faktor kapaciteta turbina bio ispod prosjeka prethodnih godina zbog "suše vjetra", objašnjava Green Tech Media.
Usporedba s drugim izvorima energije
Energetska učinkovitost vjetra bolja je od energetske učinkovitosti ugljena. Samo 29-37% energije u ugljenu se pretvara u električnu energiju, a plin ima gotovo istu učinkovitost kao vjetar jer se 32-50% energije u plinu može pretvoriti u električnu energiju.
Međutim, u smislu faktora kapaciteta, fosilna goriva su bila bolja od vjetra u SAD-u 2016. prema Upravi za energetske informacije SAD-a (EIA).
-
obnovljivi izvori vs tvornice Postrojenja na ugljen u SAD-u radila su s 52,7% svog kapaciteta.
- Faktor kapaciteta plinskih postrojenja bio je 56% u SAD-u.
- Nuklearna energija imala je faktor kapaciteta od 92,5%, prema podacima EIA za nefosilna goriva.
- Faktor kapaciteta hidroelektrana bio je 38%.
- Faktor kapaciteta vjetroelektrana bio je 34,7%.
Kada se uspoređuje izlazna snaga iz različitih izvora energije, bolje je uzeti u obzir ne samo faktor kapaciteta, već i njihovu energetsku učinkovitost. To je ono što povećanje proizvodnje energije iz vjetra čini konkurentnim i izvedivim u usporedbi s fosilnim gorivima koja su također opterećena problemima zagađenja koje uzrokuju.
Isprekidnost utječe na proizvodnju energije vjetra
Energija vjetra pati od isprekidanosti jer vjetar nije uvijek dostupan i može puhati različitim brzinama, što znači da se energija stvara na nedosljednim razinama. Isprekidanost energije je pojava u kojoj energija nije kontinuirano dostupna zbog mnogih čimbenika koje ljudi ne mogu kontrolirati. Stoga postoje varijacije u ponudi.
Rješenja za isprekidanost
Budući da 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 održali dosljedne razine napajanja, objašnjava American Scientist. Isprekidanost ne znači samo nedostatke nego i razdoblja ekscesa; to također nudi moguće rješenje. Američki znanstvenik objašnjava da kako se broj izvora energije vjetra povećava, lokalne razlike u vremenu i uvjetima vjetra mogu uravnotežiti nedostatke i višak.
Poboljšane vremenske prognoze i modeliranje također olakšavaju uračunavanje čak i kratkoročnih promjena u snazi vjetra. Mješavina izvora također je neophodna kako bi se izjednačile dnevne ili sezonske razlike u proizvodnji energije vjetra.
Bez obzira na prekide, raširene nove vjetroelektrane diljem SAD-a zapravo su pomogle stabilizirati opskrbu električnom energijom, posebno tijekom ekstremnih vremenskih uvjeta u Texasu prema Clean Technici.
Cijena
Independent je 2017. objavio da je proizvodnja energije iz vjetra jeftinija nego iz fosilnih goriva. Proizvodnja jednog megavat-sata (MWh) u 2017. koštala je 50 USD. Uz poboljšanje tehnologije, troškovi nastavljaju padati, čineći je privlačnijom od konvencionalnih izvora energije koji zagađuju okoliš. SAD se nadaju potaknuti ovaj pokret pružanjem državnih poticaja, kako bi povećali udio energije vjetra koja je proizvela 6% električne energije u 2016. prema EIA.
Wind EIS napominje da su 80% troškova kapitalni troškovi uključeni u instaliranje turbina, a 20% operativni. Međutim, budući da nema troškova goriva i uzimajući u obzir snagu proizvedenu u cijelom životnom ciklusu, energija vjetra je konkurentna.
Energija bez ugljika
Energija vjetra jedna je od učinkovitijih alternativa energiji fosilnih goriva. Predviđa se da bi do 2050. godine 139 zemalja koje trenutno koriste 99% svjetske energije moglo koristiti 100% obnovljivu energiju. Vjetar i sunce mogli bi zajedno dati čak 97% te energije, prema izvješću Svjetskog foruma iz 2017. godine. To može pomoći u obuzdavanju porasta globalnog zatopljenja ispod 1,5C. Bilo da se radi o vjetroelektrani na padini ili uz obalu, tehnologija vjetroturbina nudi daleko učinkovitiji način za proizvodnju upotrebljive električne energije od neobnovljivih tradicionalnih izvora.
