S vetrom o preteky
Priemyselná revolúcia bola pre ľudstvo veľkým krokom vpred. Ropa a uhlie sa dostali na výslnie, napriek tomu však nebolo a ani nie je možné spochybniť význam obnoviteľných zdrojov energie. Vietor ako jeden z nich má tiež svoju históriu, význam, využitie a prínos v oblasti energetiky. Ak sa prelúskate naším príspevkom až do konca, dozviete sa viac.
Prírodné energetické zdroje je možné rozdeliť na obnoviteľné a neobnoviteľné. Zatiaľ čo definovanie neobnoviteľných zdrojov sa javí ako relatívne jednoduché o niečo zložitejšie je správne vymedzenie zdrojov obnoviteľných. Definícia obnoviteľnej energie podľa Medzinárodnej energetickej agentúry (IEA) z roku 2008 vymedzuje obnoviteľnú energiu ako energiu derivovanú z prírodných procesov, ktoré sa neustále obnovujú a sú tak schopné dopĺňať svoju kapacitu. Zdroje obnoviteľnej energie sa vyskytujú v rôznych formách, vždy sú však priamo alebo nepriamo odvodené zo Slnka a jeho energie, prípadne z tepla produkovaného hlboko pod zemským povrchom. V tejto špecifikácii je zahrnutá energia produkovaná zo solárnych, veterných, geotermálnych, vodných, oceánskych zdrojov ako aj z biomasy, bioplynov a vodíka získaného z obnoviteľných zdrojov.* Potenciál obnoviteľných zdrojov energie je tak určovaný energiou, ktorú je možné transformovať na iné formy energie a ktorej množstvo je dané prírodnými podmienkami.
História využívania energie vetra
Energia vetra predstavuje energetický zdroj využívaný ľudstvom po tisíce rokov. Medzi najstaršie formy využívania veternej energie patrí oblasť poľnohospodárstva, a to napríklad odoberanie vody zo studní alebo výroba múky z obilia pomocou veterných mlynov. Po období stredoveku sa veterné mlyny intenzívne technicky zdokonaľovali, dôkazom čoho sú napríklad holandské veterné mlyny. V polovici 19. storočia fungovalo v Európe približne 200 000 veterných mlynov. O využívaní veterných mlynov holandského typu na území Slovenskej republiky svedčí jediný dodnes zachovalý veterný mlyn tohto typu, nachádzajúci sa na západnom Slovensku v meste Holíč. Prvé pokusy využitia veternej energie pre produkciu elektriny vo veterných elektrárňach boli zaznamenané koncom 19. storočia. Na dlhú dobu však tieto pokusy zostali iba v rovine amatérskych výrobkov a prototypov. Význam vetra poklesol najmä v súvislosti s úspechmi, ktoré priniesla priemyselná revolúcia. Veterná energia bola po priemyselnej revolúcii nahradená vtedy ľahšie dostupnou energiou z ropy a uhlia. Popularita využívania veternej energie sa opäť objavila až po dlhšom časovom úseku od priemyselnej revolúcie, presnejšie koncom 70. rokov minulého storočia. Obrátenie pozornosti na obnoviteľné zdroje energie v tomto období bolo následkom vypuknutia ropnej krízy, počas ktorej si ľudstvo uvedomilo možnú vyčerpateľnosť niektorých zdrojov energie.
Ako „vzniká“ vietor
Vietor vzniká vplyvom slnečného žiarenia, ktoré nerovnomerne ohrieva zemský povrch. Suché plochy zemského povrchu sa zahrievajú oveľa rýchlejšie ako vlhké oblasti. Nerovnaké zahrievanie povrchu Zeme a priľahlých vzduchových vrstiev vedie ku vzniku diferencií v poli tlaku vzduchu. Vietor je následným prejavom vyrovnávania takto vzniknutých rozdielov. Približne 1 % až 2 % zo získanej slnečnej energie sa premieňa na kinetickú energiu vetra, potenciál veternej energie preto odpovedá niekoľkonásobnej hodnote potreby primárnej energie ľudstva. Avšak podobne ako u iných druhov energie aj u veternej energie je využiteľná iba jej časť. Najsilnejší zdroj veternej energie sa vyskytuje nad otvorenou morskou hladinou, najmä z dôvodu neexistencie akýchkoľvek prekážok, ktoré by vietor dokázali spomaliť. Problematickejší je výskyt veternej energie nad pevninou, kde vietor vďaka nerovnomerným povrchom rýchlo stráca svoju rýchlosť. Povrchová topografia ako aj stromy a budovy sa správajú ako trecie sily a znižujú rýchlosť vetra nad pevninou. Pre získanie rovnakého objemu veternej energie ako nad otvoreným morom je nutné využitie väčších pevninských plôch alebo vystúpenie do vyšších nadmorských výšok. Z tohto dôvodu je využívanie veternej energie s rastúcou vzdialenosťou od mora stále náročnejšie. Najpriaznivejšími miestami pre využitie intenzity vetra vo vnútrozemí sú vrcholy hôr a kopcov a tiež oblasti, kde vzduch prúdi na pevninu priamo z otvoreného mora.
Význam vetra v energetike
Z energetického hľadiska má rozhodujúci význam vietor v podobe vzdušných prúdov značného rozmeru, plynúci z teplotných rozdielov medzi polárnymi a rovníkovými oblasťami a medzi oceánmi a kontinentami. V oblastiach miernych zemepisných šírok sa jedná najmä o všeobecnú cirkuláciu atmosféry, ktorá je zapríčinená plošným rozložením tlakových níž a tlakových výš. Určujúcim faktorom veternej energetiky je priemerná rýchlosť vetra za rok. Všeobecne sa udáva, že výstavbu veternej elektrárne sa oplatí realizovať v oblastiach, v ktorých priemerná rýchlosť vetra za rok dosahuje aspoň 4 m/s až 5 m/s vo výške 10m. Najideálnejšie veterné podmienky poskytujú pobrežia morí, kde priemerná rýchlosť vetra dosahuje 8 m/s až 10 m/s.
Využitie veterných elektrárni
V súčasnosti sa väčšina veterných zariadení využíva na výrobu elektrickej energie. Tieto zariadenia je možné rozdeliť aj podľa ich inštalovaného výkonu na malé (do 20 kW), stredné (do 50kW), stredne veľké (do 250kW) a veľké (nad 250kW). Najznámejšiu oblasť aplikácie pre malé veterné elektrárne predstavuje nabíjanie akumulátorov a sústav batérií. Toto využitie je rozšírené najmä v prímorských oblastiach, kde malé veterné elektrárne slúžia k nabíjaniu palubných akumulátorov počas doby kotvenia lode. Malé veterné turbíny sú tiež využívané ako samostatné energetické zdroje. Takýto systém samostatne pracujúceho veterného zariadenia je výhodný v oblastiach vzdialených od siete, alebo pre zásobovanie v menších obciach. Väčšie veterné turbíny sú obvykle využívané na zásobovanie verejnej siete.
Na záver...
Neostáva dodať nič iné, len to, že vietor je naozaj vzácnou komoditou, ktorú síce nevidíme, ale cítime a dokážeme ju zachytiť a zužitkovať. Využívajme ho vo svoj prospech a planéta sa nám poďakujeme.
**Doplnkové informácie pre zanietencov
Pri realizácii projektov so zariadeniami pre využívanie sily vetra je nutné rátať so silne kolísavou ponukou veternej energie. Na jednej strane je nevyhnutné využiť možnosti výkonu, ktoré vietor poskytuje už pri nízkej rýchlosti. Na druhej strane je však podstatné nepoškodiť zariadenia pri extrémne vysokých rýchlostiach vetra. Moderné sústavy využívajú iba časť kinetickej energie vetra, pričom jeho rýchlosť spomaľujú. Väčšina moderných veterných turbín a elektrárni funguje na vztlakovom aerodynamickom princípe. Dôvodom je hlavne fakt, že aplikovaním vztlakového princípu je možné z vetra získať omnoho väčší výkon ako v prípade odporového princípu. Jedným zo základných rozdelení veterných zariadení je rozdelenie podľa polohy osi otáčania. V rámci tohto rozdelenia sa rozlišujú veterné zariadenia s horizontálnou osou otáčania (HAWT) a veterné zariadenia s vertikálnou osou otáčania (VAWT). Mechanizmy s vertikálnou osou otáčania turbíny (VAWT) predstavujú najstaršie zariadenia určené na konverziu veternej energie. Najjednoduchším veterným rotorom so zvislou osou otáčania je tzv. Savoniusov rotor. Tento typ rotora je vhodný na pohon objemových čerpadiel, kvôli dispozícii pomerne veľkého záberového momentu. V súčasnosti najvyužívanejším typom zariadení na využívanie veternej energie sú veterné zariadenia s horizontálnou osou otáčania (HAWT), konkrétne koncepcia strojov s poháňanými pomalobežnými alebo rýchlobežnými listami rotoru. U týchto druhov veterného zariadenia prúdi vietor spredu, priamo na náboj rotoru. Okrem tohto prúdenia vzniká aj dostredivé rotačné prúdenie obmývajúce rotorové listy. Vďaka pôsobeniu prúdenia vzduchu na listy veternej turbíny vzniká aerodynamická sila, ktorej dôsledkom je rotačný pohyb turbíny. Rotačný pohyb turbíny je využitý ako pohon generátora vhodného druhu, ktorý je priamym zdrojom konvertovanej elektrickej energie. Aerodynamická sila pôsobiaca na listy veternej turbíny rastie s vyššou priemernou rýchlosťou vetra. Práve z toho dôvodu je priemerná rýchlosť prúdenia vzduchu považovaná za rozhodujúci faktor pri posudzovaní vhodnosti výstavby veterných elektrární.
*(UNEP,2012)
Autor:
Bc. Karolína Fabianová
