Talán már látta őket vidéken haladva. Vagy talán látta őket közvetlenül a part mentén, a horizonton nagyan fenyegetve, forgó pengeikkel. Aztán megint láthatta őket valaki tetőjén vagy egy kisebb léptékű városi művelet részeként. Helyétől függetlenül, a szélturbinák és a szélenergia egyre inkább jellemzővé válnak a modern világban.
Ennek nagy része az éghajlatváltozás fenyegetésével, a légszennyezettséggel és azzal a vágygal kell elválasztani az emberiséget, hogy ne függjen hozzá fosszilis üzemanyagoktól. És amikor az alternatív és a megújuló energiáról van szó, akkor a szélenergia várhatóan a jövőben a piac második legnagyobb részét fogja elfoglalni (a napenergia után). De hogy pontosan hogyan működnek a szélturbinák?
Leírás:
A levegő turbinák olyan eszközök, amelyek a szél kinetikus energiáját és a levegő áramlásának változásait elektromos energiává alakítják. Általában a következő komponensekből állnak: rotor, generátor és szerkezeti tartóelemek (amelyek torony, forgórész-forgásmechanizmus vagy mindkettő formájában lehetnek).
A forgórész a szél energiáját rögzítő pengékből és egy tengelyből áll, amely a szél energiáját kis sebességű forgási energiává alakítja. A tengelyhez csatlakoztatott generátor mágnesek sorozatával és egy vezetővel (amely általában tekercselt rézhuzalból áll) egy lassú fordulatot elektromos energiává alakítja.
Amikor a mágnesek körül forognak a rézvezetékkel, ez különbséget okoz az elektromos potenciálban, feszültséget és elektromos áramot hozva létre. Végül van egy szerkezeti tartóelem, amely biztosítja, hogy a turbina vagy elég magas tengerszint feletti magasságban álljon, hogy a szélnyomás és / vagy a szél áramlási irányának változásait optimálisan felvegye.
Szélturbinák típusai:
Jelenleg két fő típusú szélturbina létezik: vízszintes tengelyű szélturbinák (HAWT) és vertikális tengelyű szélturbinák (VAWT). Mint a neve azt sugallja, a vízszintes szélturbináknak van egy fő forgórésztengelyük és villamos generátoruk egy torony tetején, a pengék a szél felé mutatnak. A turbina általában a támasztó tornyának felfelé helyezkedik el, mivel a torony valószínűleg turbulenciát okoz a háta mögött.
A függőleges tengelyű turbinák (ismét, ahogy a neve is sugallja) a fő forgórész tengelye függőlegesen van elrendezve. Ezek jellemzően kisebb természetűek, és a forgáshoz nem kell a szél irányába mutatni. Ezáltal képesek kihasználni az irány szempontjából változó szél előnyeit.
Általában véve a vízszintes tengelyű szélturbinákat hatékonyabbnak tekintik, és több energiát tudnak termelni. Míg a vertikális modell kevesebb energiát termel, alacsonyabb magasságokba helyezhető, és kevesebbet igényel az alkatrészek (különösen a forgásirány-mechanizmus). A szélturbinákat tervezésük alapján három általános csoportra is fel lehet osztani, beleértve a Towered, a Savonius és a Darrieus modelleket.
A felfüggesztett modell a HAWT legelterjedtebb formája, amely toronyból áll (amint a neve azt sugallja) és egy sor hosszú pengéből áll, amelyek a torony előtt (és azzal párhuzamosan) ülnek. A Savonis egy VAWT modell, amely kontúrozott pengékre (gombócokra) támaszkodik a szél és a centrifugálás rögzítésére. Általában alacsony hatékonyságú, de megvan az az előnye, hogy önindul. Az ilyen típusú turbinák gyakran a tetőtéri szélműveletek részei vagy tengeri hajókra vannak felszerelve.
A Darrieus modellt, más néven „Eggbeater” turbina, a francia feltaláló után nevezték el, aki úttörője volt a tervnek - Georges Darrieusnak. Ez a VAWT modell függőleges pengék sorozatát használja, amelyek a függőleges tartóval párhuzamosan ülnek. Általában alacsony hatékonyságúak, további forgórészt igényelnek a fordulás megkezdéséhez, nagy nyomatékhoz és nagy torzításhoz. Ezért megbízhatatlannak tekintik őket, amikor a tervek elindulnak.
A fejlődés története:
A szélenergiát évezredek óta használják vitorlák nyomására, szélmalmok megtáplálására vagy nyomás létrehozására a vízszivattyúk számára. A legkorábbi ismert példák Közép-Ázsiából származnak, ahol az ókori Perzsában (Irán) használt szélmalmok 500 és 900 között vannak. A technológia Európában kezdődött megjelenni a középkorban, és a 16. században vált közismerté.
A 19. századra, az elektromos áram fejlődésével, megépültek az első villamosenergia-termelésre képes szélturbinák. Az elsőt 1887-ben a skót akadémikus James Blyth telepítette, hogy megvilágítsa a skóciai Marykirk-i nyaralóházát. 1888-ban Charles F. Brush amerikai feltaláló építette az első automatizált szélturbinát otthoni hatalmának táplálására Clevelandben, Ohioban.
A 20. század elejére a szélturbinák a távoli területeken (például tanyákon) lévő házak áramfelvételének általános eszközeivé váltak. 1941-ben Vermontban telepítették az első megawatt-osztályú szélturbinát, amelyet csatoltak a helyi közműhálózathoz. 1951-ben az Egyesült Királyság telepítette az első közműhálózathoz kapcsolt szélturbináját az Orkney-szigeteken.
Az 1970-es évekre az OPEC válságának és az atomenergia elleni tiltakozásoknak köszönhetően a szélturbina technológia kutatása és fejlesztése jelentősen fejlődött. Az ezt követő évtizedekben az alternatív energiával foglalkozó egyesületek és lobbisták kezdtek megjelenni a nyugat-európai nemzetekben és az Egyesült Államokban. A 20. század utolsó évtizedére Indiában és Kínában hasonló erőfeszítések merültek fel a növekvő légszennyezés és a tiszta energia iránti növekvő igény miatt.
Szélenergia:
A megújuló energia más formáival összehasonlítva a szélenergia nagyon megbízhatónak és állandónak tekinthető, mivel a szél évről évre állandó, és a csúcsidőben nem csökken. A szélerőműparkok építése kezdetben költséges vállalkozás volt. De a közelmúltbeli fejlesztéseknek köszönhetően a szélenergia megkezdte a csúcsárak meghatározását a nagykereskedelmi energiapiacokon világszerte, és csökkentette a fosszilis tüzelőanyagok iparának bevételeit és nyereségét.
Az Energiaügyi Minisztérium által 2015 márciusában kiadott jelentés szerint a szélenergia növekedése az Egyesült Államokban sok kategóriában még magasabb szintű képzettséget eredményezhet. A „Szél látás: Új korszak a szélenergia az Egyesült Államokban” címet viselő dokumentum azt jelzi, hogy 2050-ig az ipar az USA villamosenergia-termelésének akár 35% -át is megteheti.
Ezen felül 2014-ben a Globális Szélenergia Tanács és a Greenpeace International találkoztak, hogy közzétegyék a „Global Wind Energy Outlook 2014” című jelentést. Ez a jelentés kimondta, hogy világszerte a szélenergia a globális villamos energia 25–30% -át képes biztosítani 2050-re. A jelentés elkészítésének idején több mint 90 országban a kereskedelmi létesítmények teljes kapacitása 318 gigawatt (GW) volt, a globális kínálat körülbelül 3,1% -a.
Ez az elfogadás arányának tizenhatszeres növekedését jelenti 2000 óta, amikor a szélenergia kevesebb, mint 0,2% volt. Egy másik módszer erre: ha a szélenergia piaci részesedése kevesebb mint 15 év alatt négyszer megduplázódott. Ez csak a napenergia-ra helyezi a második helyet, amely ugyanabban az időszakban hétszer megduplázódott, ám teljes piaci részesedése szempontjából továbbra is a szél (2014-re kb. 1% -ot tesz ki).
Hátrányai szempontjából az egyik következetesen felvetett kérdés a szélturbináknak a helyi vadvilágra gyakorolt hatása, valamint a jelenléte által a helyi tájra gyakorolt zavar. Ezeket az aggodalmakat azonban gyakran kimutatták, hogy a speciális érdekcsoportok és a lobbisták túlméretezik a szélenergia és más megújuló energiaforrások diskreditációját.
Például egy, a Nemzeti Megújulóenergia-laboratórium által kiadott 2009-es tanulmány megállapította, hogy megawattonként kevesebb, mint 1 hektár zavar végig nagyszabású szélerőműparkok építésekor, és ideiglenesen kevesebb, mint 3,5 hektár / megawatt zavar. Ugyanez a tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a madár és a denevér vadon élő állatokra gyakorolt hatás viszonylag csekély, és ugyanezek a következtetések vonatkoznak a tengeri platformokra.
Az egész világon a kormányok és a helyi közösségek energiaszükségletük kielégítése érdekében a szélenergia felhasználására törekednek. Az emelkedő üzemanyagárak, az éghajlatváltozással kapcsolatos növekvő aggodalmak és a technológia fejlesztése korában ez aligha meglepő. A jelenlegi elfogadási sebességnél valószínűleg az egyik legnagyobb energiaforrás a század közepére.
És ne felejtsd el élvezni ezt a szélturbinákról szóló videót, a NASA Lewis kutatóközpontjának jóvoltából:
Sok érdekes cikket írtunk a szélturbinákról és a szélenergiaról itt a Space Magazine-ban. Itt van: Mi az alternatív energia ?, Melyek a fosszilis tüzelőanyagok ?, Melyek a megújuló energia különféle típusai ?, Az óceán szélenergia (az űrből származó segítséggel), és futhat-e a világ napenergia és szélenergia segítségével?
További információkért lásd a How Stuff Works cikkét a szélenergia történetéről és mechanikájáról, valamint a NASA Greenspace oldalát.
A Csillagászat Szereplőknek vannak néhány olyan epizódjai is, amelyek relevánsak a témához. Íme: 51. epizód: Föld és 308. epizód: klímaváltozás.
Forrás:
- Wikipedia - szélturbina
- NASA - A változás szele
- Energiaügyi Tanszék - Hogyan működnek a szélturbinák?
- Amerikai Energia Információs Ügynökség - A szélturbinák típusai
