VETROELEKTRANE


Ветроелектране или аеро-електране су врста електрана које користе енергију ветра, који је обновљиви извор енергије. Ветроелектране се састоје из носеће конструкције у облику стуба, ветротурбине, генератора електричне енергије, дела који регулише брзину обртања генератора и излазни напон ветроелектране и прикључка на неки систем за акумулисање енергије или на електричну мрежу.

Овај чланак обрађује вјетроелектране које производе електричну енергију. Вјетрењаче које производе само механичку енергију су обрађене у посебном чланку, вјетрењача.

 

По открићу електромотора и електричног генератора у 19. вијеку, почели су експерименти са производњом електричне енергије. Први модели вјетроелектрана су били мало више од вјетрењача са додатним електричним генератором, који је претварао механичку енергију у електричну.

Сматра се да је прву вјетроелектрану направио у Кливленду, САД, Чарлс Бруш (Charles Brush) 1888. године. Године 1908. постојале су у САД 72 вјетроелектране снаге од 5 до 25 киловата. У вријеме Првог свјетског рата, 100 000 мањих вјетрењача за фарме је произвођено сваке године у САД, углавном за пумпање воде. До 1930, мање вјетроелектране су постале честе на фармама, обезбјеђујући струју за неколико сијалица, радио и друге мање потрошаче.

Послије 1930 почела је електрификација руралних дијелова САД, и вјетроелектране су углавном напуштене због јефтиније струје из развијене електричне мреже. У Европи, електрификација је свуда била централизирана на државном нивоу, и вјетроелектране су постојале само као експерименти до 1973. године.

Послије нафтне кризе 1973, а поготово послије 2000., развој се све више убрзава. Цијена енергије из вјетроелектрана полако пада, а цијена енергије из класичних необновљивих извора енергије расте. Све је ово допринијело да је количина произведене електричне енергије из вјетроелектрана порасла 5 пута у периоду од 2000. до 2007. године.

Вјетроелектране са вертикалном осовином

Шематски приказ Савониус турбине, једне врсте турбине са вертикалном осовином. Ако има више од 2 крака, сама се покреће при било којем смјеру вјетра.

Заједничка особина вјетроелектрана ове конструкције је што је оса ротације пропелера или турбине вертикална.

Предности вјетроелектрана са вертикалном осовином:

  • једноставне су за израду
  • велики обртни момент
  • издржљиве
  • већина без потребе да се окрећу у правцу вјетра, непотребан механизам за ту сврху
  • лакше за одржавање него вјетроелектране са хоризонталном осовином, јер је генератор близу тла

Недостаци вјетроелектрана са вертикалном осовином:

  • мања ефикасност од вјетроелектрана са хоризонталном осовином
  • за производњу електричне енергије, већи степен механичког пријеноса потребан због мање брзине ротације него вјетроелектрана са хоризонталном осовином

У данашње вријеме долази до раста интересовања за ову врсту монтаже због наведених предности и за вјетроелектране. Ово се посебно односи на мање аматерске инсталације.

Према принципу рада и начину извошења се вјетроелектране са вертикалном особином деле на:

  • анемометар – једноставна справа за мјерење брзине вјетра, са шупљим полукуглама за „хватање“ вјетра
  • Савониус (Savonius) турбина
  • Дариус (Darrieus) турбина

и друге врсте, којима је заједничко то што им је осовина вертикална.

Вјетроелектране са хоризонталном осовином

Вјетроелектрана са хоризонталном осовином.

У данашње вријеме најраширенији тип вјетроелектране за велике снаге је управо са хоризонталном осовином.

Предности вјетроелектрана са хоризонталном осовином:

  • постављају се на већим висинама где су и брзине ветра веће
  • нешто боље ефикасности од већине вјетроелектрана са вертикалном осовином
  • могућност мијењања нападног угла елисе (повећава ефикасност и олакшава регулацију брзине)

Недостаци вјетроелектрана са хоризонталном осовином:

  • скупи торњеви веће висине
  • вибрације при раду
  • потреба за непрекидним усмеравањем осовине у вјетар
  • сложеност конструкције
  • скупо одржавање високих стубова и генераторског склопа на великој висини

Дијелови вјетроелектране са хоризонталном осовином

Дијелови типичне вјетроелектране са хоризонталном осовином.

  • Носећа конструкција у облику стуба
  • Вјетротурбина (елиса, пропелер)
  • Механички пријенос, који подиже малу брзину ротације елисе на већу, потребну за генератор
  • Генератор електричне енергије
  • Дио који регулише брзину обртања генератора и излазни напон
  • Прикључак на систем за акумулисање енергије или на електричну мрежу

Прорачун добијене механичке снаге

Прорачун је исти као и за обичну вјетрењачу, пошто је разлика тек у каснијем степену претварања енергије. Снага која је пренијета на ротор вјетроелектране је пропорционална површини коју покрива ротор, густини ваздуха и кубу (трећем степену) брзине вјетра.

Дакле теоретска корисна снага је:

P = \begin{matrix}\frac{1}{2}\end{matrix}\alpha\rho\pi r^2 v^3,

гдје

  • P = снага у W,
  • α = фактор искоришћења,
  • ρ = густина ваздуха у Kg/m³,
  • r = радијус турбине у m, и
  • v = брзина ваздуха у m/s.

Пошто ротор (елиса) узима енергију од ваздуха, брзина ваздуха пада. Алберт Бец, њемачки научник, је установио 1919. да вјетрењача може да искористи највише 59% од теоретске енергије вјетра.

Као примјер:

Рецимо да је 15 °C на нивоу мора и густина ваздуха је 1.225 Kg/m³. Вјетар брзине 8 m/s (28.8 Km/h) кроз ротор дијаметра 100 m ће пронијети 77000 Kg ваздуха кроз простор кракова ротора вјетроелектране.

Укупна снага је 2.5 MW, али само 1.5 MW може да се искористи због Бецовог закона. Добијена механичка енергија се даље претвара у електричну у електричном генератору, па је излазна електрична снага још умањена.

Advertisements

Ostavite komentar

Popunite detalje ispod ili pritisnite na ikonicu da biste se prijavili:

WordPress.com logo

Komentarišet koristeći svoj WordPress.com nalog. Odjavite se / Promeni )

Slika na Tviteru

Komentarišet koristeći svoj Twitter nalog. Odjavite se / Promeni )

Fejsbukova fotografija

Komentarišet koristeći svoj Facebook nalog. Odjavite se / Promeni )

Google+ photo

Komentarišet koristeći svoj Google+ nalog. Odjavite se / Promeni )

Povezivanje sa %s