Vetrna energija, znana tudi kot vetrna energija, je sredstvo za izkoriščanje vetra in njegovo pretvarjanje v elektriko. Povprečna vetrna učinkovitost turbin je med 35-45%.
Proizvodnja vetrne energije
Veter nastaja v zemeljskem ozračju zaradi razlike v zemeljskih temperaturah na lokalni ali regionalni in svetovni ravni. Ko se toplo segreje, se dvigne in zapusti prostor z nizkim zračnim tlakom; zrak iz hladnejših območij z višjim zračnim tlakom teče noter, da izenači zračni tlak.
Mlini na veter in turbine izkoriščajo kinetično energijo ali "energijo gibanja", ki premika zrak ali veter z enega kraja na drugega in ga pretvarja v elektriko. Vetrne turbine so postavljene na vetrovnih mestih, zato lahko veter premika lopatice turbin. Te lopatice vrtijo motor, zobniki pa dovolj povečajo število vrtljajev za proizvodnjo električne energije. Različne izvedbe turbin so primerne za različne pogoje.
Učinkovitost vetra in faktor zmogljivosti vetra
Učinkovitost vetra ni isto kot faktor zmogljivosti vetra, o katerem se razpravlja, ko ljudje razmišljajo o energetski učinkovitosti. Wind Watch pojasnjuje razliko med obema pojavoma.
Učinkovitost vetra in njena meja
Učinkovitost vetra je količina kinetične energije v vetru, ki se pretvori v mehansko energijo in elektriko. Zakoni fizike, ki jih opisuje Betz Limit, pravijo, da je največja teoretična meja 59,6 %. Veter potrebuje preostanek energije, da piha mimo lopatic. To je pravzaprav dobro. Če bi turbina zajela 100 % energije, bi veter prenehal pihati in lopatice turbine se ne bi mogle vrteti za proizvodnjo električne energije.
Vendar trenutno noben stroj ne more pretvoriti vseh ujete 59,6 % kinetične energije iz vetra v elektriko. Obstajajo omejitve zaradi načina izdelave in projektiranja generatorjev, ki dodatno zmanjšajo količino energije, ki se končno pretvori v moč. Povprečje je trenutno 35-45%, kot je navedeno zgoraj. Največja zmogljivost pri najvišji zmogljivosti bi lahko glede na Wind Watch dosegla 50 %. Dokument avstralske vlade (NSW) se prav tako strinja, da je 50 % največji izkoristek vetra, ki ga je mogoče doseči (str. 3).
Energijska učinkovitost se ne spreminja toliko kot faktor zmogljivosti vetra, ki je v veliki meri odvisen od lokacije in vremenskih razmer.
Faktor zmogljivosti vetra
Faktor zmogljivosti vetra je količina energije, ki jo proizvede generator v primerjavi s tisto, ki bi jo lahko proizvedel, če bi ves čas deloval na največji zmogljivosti, poroča Green Tech Media. Faktor moči vetra se običajno razlikuje od kraja do kraja in v različnih obdobjih leta, tudi z enakimi turbinami, saj je odvisen od hitrosti vetra, njegove gostote in površine, ki je odvisna od velikosti generatorja, poudarja Open EI. Faktor vetrne zmogljivosti lahko optimizirate z izbiro krajev, kjer ves ali večji del leta prevladujejo idealne vetrovne razmere. Zato je pomembno upoštevati faktor zmogljivosti vetra in pogoje, ki nanj vplivajo, da povečate izhodno moč.
- Hitrost vetrapod 30 milj na uro proizvaja malo energije glede na Wind Watch. Tudi majhna povečanja hitrosti lahko pomenijo znatno povečanje ustvarjene moči v skladu z Open EI. Proizvedena električna energija je kub hitrosti vetra, pojasnjuje Wind EIS.
- Gostota zraka je večja v hladnejših predelih in na morski gladini kot v gorah. Idealna mesta z visoko gostoto vetra so torej morja z nižjimi temperaturami glede na Open EI. To je eden od razlogov za obsežno širitev proizvodnje vetra na morju.
- Večje in višje turbine lahko izkoristijo več vetra višje nad tlemi in s povečanim razponom njihovih lopatic. Ekonomski vidiki torej postanejo tukaj pomembni.
Faktor zmogljivosti se nenehno povečuje z izboljšano tehnologijo. Vetrne turbine, zgrajene leta 2014, so dosegle faktor zmogljivosti 41,2 % v primerjavi z 31,2 % za turbine, zgrajene med letoma 2004 in 2011, poroča Green Tech Media. Vendar pa na faktor zmogljivosti vetra ne vpliva samo tehnologija, ampak tudi sama razpoložljivost vetra. Tako je bil leta 2015 faktor zmogljivosti turbin pod povprečjem prejšnjih let zaradi "vetrne suše", pojasnjuje Green Tech Media.
Primerjava z drugimi viri energije
Energijska učinkovitost vetra je boljša od energetske učinkovitosti premoga. Samo 29-37 % energije v premogu se pretvori v elektriko, plin pa ima skoraj enako učinkovitost kot veter, saj je 32-50 % energije v plinu mogoče pretvoriti v elektriko.
Vendar pa so bila fosilna goriva leta 2016 glede faktorjev zmogljivosti v ZDA po podatkih Uprave za energetske informacije (EIA) boljša od vetra.
-
obnovljivi vs tovarne Premogovniške elektrarne v ZDA so delovale z 52,7 % svoje zmogljivosti.
- Faktor zmogljivosti za plinarne je bil v ZDA 56 %.
- Jedrska energija je imela faktor zmogljivosti 92,5 % glede na podatke EIA za nefosilna goriva.
- Faktor zmogljivosti hidroelektrarn je bil 38%.
- Faktor zmogljivosti vetrne elektrarne je bil 34,7%.
Ko primerjamo izhodno moč iz različnih virov energije, je bolje upoštevati ne le faktor zmogljivosti, ampak tudi njihovo energetsko učinkovitost. Zaradi tega je povečanje proizvodnje električne energije iz vetra konkurenčno in izvedljivo v primerjavi s fosilnimi gorivi, ki jih prav tako pestijo težave z onesnaževanjem, ki jih povzročajo.
Prekinitve vplivajo na izhod energije vetra
Vetrna energija trpi zaradi prekinitev, saj veter ni vedno na voljo in lahko piha z različnimi hitrostmi, kar pomeni, da se energija proizvaja na nedoslednih ravneh. Energijska prekinitev je pojav, ko energija ni stalno na voljo zaradi številnih dejavnikov, ki jih ljudje ne morejo nadzorovati. Zato prihaja do razlik v ponudbi.
Rešitve za prekinitev
Ker proizvodnja energije iz vetrnih turbin niha iz ure v uro ali celo iz sekunde v sekundo, morajo imeti dobavitelji energije večje zaloge energije, da dosežejo in vzdržujejo dosledne ravni oskrbe z energijo, pojasnjuje American Scientist. Prekinjenost ne pomeni le primanjkljajev, ampak tudi obdobja presežkov; potem tudi to ponuja možno rešitev. Ameriški znanstvenik pojasnjuje, da lahko z naraščanjem števila virov vetrne energije lokalne razlike v vremenu in vetrovnih razmerah izravnajo primanjkljaje in presežke.
Izboljšane vremenske napovedi in modeliranje tudi olajšajo upoštevanje celo kratkoročnih sprememb vetrne energije. Mešanica virov je potrebna tudi za izravnavo dnevnih ali sezonskih razlik v proizvodnji vetrne energije.
Ne glede na občasnost so razširjene nove vetrne elektrarne po ZDA dejansko pomagale stabilizirati oskrbo z električno energijo, zlasti v ekstremnem vremenu v Teksasu glede na Clean Technica.
Cena
Leta 2017 je The Independent objavil, da je proizvodnja energije iz vetra cenejša kot iz fosilnih goriv. Leta 2017 je proizvodnja megavatne ure (MWh) stala 50 USD. Z izboljšano tehnologijo stroški še naprej padajo, zaradi česar je privlačnejša od običajnih onesnaževalnih virov energije. ZDA upajo, da bodo spodbudile to gibanje z zagotavljanjem vladnih spodbud, da bi povečale delež vetrne energije, ki je leta 2016 glede na EIA zagotovila 6 % njihove električne energije.
Wind EIS ugotavlja, da je 80 % stroškov kapitalskih stroškov, povezanih z namestitvijo turbin, 20 % pa obratovalnih. Vendar pa je vetrna energija konkurenčna, ker ni stroškov goriva in glede na proizvedeno moč v celotnem življenjskem ciklu.
Energija brez ogljika
Vetrna energija je ena izmed učinkovitejših alternativ energiji fosilnih goriv. Predvideva se, da bi lahko do leta 2050 139 držav, ki trenutno uporabljajo 99 % svetovne energije, uporabljalo 100 % obnovljivo energijo. Po poročilu Svetovnega foruma iz leta 2017 bi lahko veter in sonce skupaj zagotovila kar 97 % te energije. To lahko pomaga pri zajezitvi dviga globalnega segrevanja pod 1,5C. Ne glede na to, ali gre za vetrno elektrarno na pobočju ali ob obali, tehnologija vetrnih turbin ponuja veliko učinkovitejši način za pridobivanje uporabne električne energije kot neobnovljivi tradicionalni viri.
