Veterná energia Veterné turbíny

Veterná energia Je formou slnečnej energie, ktorá vzniká pri nerovnomernom zohrievaní povrchu. Slnko vyžaruje smerom k Zemi energiu približne 100,000,000,000,000 kWh. Asi 1-2% sa mení na energiu vetra. Táto energia neprodukuje žiadne odpady, neznečisťuje ovzdušie a nemá negatívny vplyv na zdravie ľudí. Vietor ako primárny zdroj energie je zadarmo. Ale je menej predvídateľný, lebo intenzita vetra je ovplyvnená terénom. Sezónne zmeny intenzity veternej energie – vhodné dopĺňanie so slnečnou.

Pre výpočet energie vyrobenej veternou turbínou je potrebné poznať niekoľko vzťahov. Energia je priamoúmerná ploche rotora, tretej mocnine rýchlosti vetra a hustote vzduchu. Hustota vzduchu Kinetická energia vzduchu je úmerná jeho hmotnosti a teda aj jeho hustote. Pri atm. tlaku a teplote 15°C má vzduch hustotu 1,225 kg na m3. Hustota rastie s narastajúcou vlhkosťou. Vzduch je hustejší v zime a preto bude výroba energie pri rovnakej rýchlosti vetra väčšia ako v lete. Čím viac vzduchu, tým rýchlejšie sa krúti rotor a výroba energie je väčšia.

Plocha rotora Listy rotora „zachytávajú“ energiu vzduchu, ktorý naň dopadá. Čím väčšia plocha, tým viac energie je schopný vytvoriť. Plocha zabraná rotorom narastá s druhou mocninou priemeru rotora, je dvakrát väčšia turbína schopná vyrobiť štyrikrát viac energie. Narastajúci priemer rotora znamená väčší tlak na celý systém. Aby turbína narastajúci tlak vydržala, treba ju konštruovať z pevných materiálov.

Rýchlosť vetra Narastajúca intenzita vetra znamená vyššiu rýchlosť rotora a väčšiu produkciu energie. Energia závisí na tretej mocnine rýchlosti vetra. Z toho vyplýva, že dvojnásobné zvýšenie rýchlosti zvýši výrobu energie osemkrát. Turbíny využívajú rýchlosť vetra od 3 do 30 m/s. Vyššia rýchlosť by mohla turbínu poškodiť, preto je vybavená brzdami, ktoré zastavia otáčanie rotora.

Drsnosť terénu a prekážky Zemský povrch je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim rýchlosť vetra. Množstvo prekážok v teréne sa označuje ako jeho drsnosť. Zo zvyšujúcou sa výškou nad terénom sa drsnosť znižuje a prúdenie vzduchu sa stáva laminárne, čo znamená vyššiu rýchlosť vetra. Vysoko nad zemou ( 1km ) rýchlosť vetra prakticky nie je ovplyvňovaná terénom, v nižších výškach je ovplyvnená veľmi silno. Čím je drsnosť terénu vyššia, tým je vietor viac spomaľovaný. Na rovinách a vodných plochách je rýchlosť vetra neovplyvnená, lesy a budovy rýchlosť výrazne spomaľujú a spôsobujú turbulencie, čo negatívne vplýva na chod turbíny.

Drsnosť terénu je rozdelená do tried Drsnosť terénu je rozdelená do tried. Čím vyššia trieda drsnosti, tým väčšia prekážka a väčšie spomalenie rýchlosti vetra. Morská hladina je braná ako základ s triedou drsnosti 0. Vzdialenosť medzi turbínou a prekážkou musí byť viac ako 5-násobok výšky prekážky, aby sa zabránilo vzniku závetria (tienenie), čo ovplyvňuje výrobu energie.

Technológia veterných turbín Turbíny sa skladajú z: rotor, prevody, generátor, elektronika a regulačné zariadenie. Rotor tvoria listy a centrálna os. Os je pripojená na prevodovú skriňu, kde sa zvyšujú otáčky. Hriadeľ spája prevodovú skriňu s generátorom, ktorý pri otáčaní produkuje elektrickú energiu.

Rotor S horizontálnou osou: 2-3 listy, príp. aj viac, ktoré fungujú na princípe zdvíhania. Sú pripojené na os rotora. Fixovaný rotor, rotor s natáčacím systémom. S vertikálnou osou: 2-3 dlhé zaoblené listy pripevnené na oboch koncoch osi.

Veľké turbíny 3 listy s priemerom 15-50 m, výkon 50 kW – 1,5MW Vytvárajú veterné farmy Dodávajú elektrinu do verejnej elektrickej siete. Napätie generované turbínou má 690V a je pomocou transformátorov menené na vysoké napätie používané v sieti 10-30kV. Záujem o megawattové turbíny. 1MW turbína vyrobí viac ako 5mil. kWh energie za rok pri vetre 9 m/s.

Malé turbíny Väčšinou viac listov, ktoré sa ovplyvňujú a spomaľujú sa otáčky. Avšak majú vyšší počiatočný moment krútenia, čo využívajú pri štartoch pri nízkych rýchlostiach. Využívajú sa ako samostatné energetické zdroje- dobíjajú batérie - na farmách, v člnoch,...vzdialených od siete. Turbína s výkonom 100-500W dodá energiu na osvetlenie, napájanie spotrebičov ako rádio, TV.

Pravidlá pri výstavbe turbín Umiestnenie turbín – na kopcoch v smere prevládajúceho prúdenia. Drsnosť terénu a prekážky – vzdialenosť viac ako 5násobok výšky prekážky. Výška turbíny – rýchlosť vetra narastá s výškou. Minimálna výška je 10m nad prekážkami v okruhu 100m.

Environmentálne dôsledky Hluk – ako dôsledok turbulencie vzduchu medzi listom a stožiarom turbíny. Kritická hladina hluku je 40dBA (pri ktorej možno spať). Dosahuje sa pri vzdialenosti menej ako 250m od turbíny. Vizuálny efekt – rušivé momenty v reliéfe krajiny. Rušenie EM žiarenia – elektrické vodiče rušia EM žiarenie. Preto sú listy rotora z plastu a dreva.