Zasada działania elektrowni i turbiny wiatrowej

Odnawialne źródła energii bazują na naturalnych zasobach i zjawiskach pogodowych. Należy do nich także wiatr. W porównaniu do paneli fotowoltaicznych czy kolektorów słonecznych, cena inwestycji w energię wiatrową jest znacząco wyższa. Pewne trudności stanowi także możliwość umiejscowienia turbin wiatrowych. Mimo to elektrownie i turbiny wiatrowe mogą przynieść inwestorom wymierne korzyści w postaci niezależności energetycznej. Warto jednak najpierw przyjrzeć się ich działaniu, aby ocenić później, na ile jest to opłacalny wybór.

Jak zbudowana jest turbina wiatrowa?

Najbardziej rozpoznawalnymi częściami turbiny są jej łopatki. Większość turbin posiada trzy łopatki, choć zdarzają się i takie, które składają się z dwóch takich części. Ich ostrza są zaprojektowane do „wychwytywania” wiatru. Łopaty turbiny wiatrowej obracają się między 13 a 20 obrotami na minutę, w zależności od ich technologii. Odbywa się to ze stałą lub zmienną prędkością. Można powiedzieć, że łopatki turbiny są bardzo podobne do skrzydeł samolotu, gdyż wykorzystują ruch powietrza i wytwarzają siłę nośną do obracania wirnika. Ten jest zaś podłączony do generatora, który znajduje się w gondoli. Do istotnych elementów budowy turbiny wiatrowej należy także skrzynia biegów, sterownik i hamulec. Skrzynia biegów pobiera energię obrotową wirnika o niskiej prędkości i za pomocą serii kół zębatych przyspiesza go, zamieniając tym samym w energię obrotową o dużej prędkości. Co więcej, gdy łopatki się obracają, skrzynia biegów zwiększa dynamikę ruchów. Przy większej prędkości generator turbiny obraca się i zaczyna wytwarzać prąd.

W jaki sposób turbina wiatrowa wytwarza prąd?

Wiesz już, z jakich mniej więcej elementów składa się turbina wiatrowa i na jakiej zasadzie wytwarza prąd. Warto jednak przyjrzeć się temu procesowi nieco bliżej, aby w pełni go zrozumieć.

Przede wszystkim musisz wiedzieć, że turbina wiatrowa jest automatycznie zorientowana tak, aby maksymalnie wykorzystać energię kinetyczną wiatru na podstawie danych zarejestrowanych przez łopatkę i wiatromierz, które są zainstalowane u góry. Gondola obraca się wokół korony znajdującej się na końcu wieży. Wiejący wiatr obraca ostrza, które zaczynają się poruszać z prędkością wiatru około 3,5 m/s i zapewniają maksymalną moc przy prędkości wiatru 11 m/s. Przy bardzo silnym wietrze (25 /s) turbina wiatrowa zwalnia, aby zapobiec nadmiernym napięciom. Istotną rolę w turbinie wiatrowej odgrywa skrzynia biegów. Wirnik (zespół trzech łopatek osadzony w piaście) obraca wolną oś, która jest podłączona do skrzyni biegów. To właśnie skrzynia biegów zwiększa prędkość obrotu z 13 do 1500 obrotów na minutę, a tym samym przenosi swoją energię przez szybką oś, która jest podłączona do generatora wytwarzającego energię elektryczną.

Co dalej dzieje się z wytworzoną energią? Generowana energia przepływa przez wnętrze wieży aż do jej podstawy. Stamtąd energia przepływa przez podziemną linię do podstacji, gdzie jej napięcie jest podnoszone w celu przekazania jej do sieci elektrycznej i rozłożenia do punktów zużycia. Co istotne, wszystkie najważniejsze funkcje turbiny wiatrowej są monitorowane i nadzorowane z podstacji i centrum sterowania w celu wykrywania, a także rozwiązywania wszelkich nieprawidłowości w jej działaniu.

Czy warto zainwestować w turbiny?

Ocena czy zainstalowanie turbiny wiatrowej jest wykonalne wymaga uwzględnienia szerokiej gamy czynników. Zalicza się do nich m.in. prędkość wiatru. Jeśli ta jest w proponowanym miejscu jest mniejsza niż 5 m/s - co może mieć miejsce w przypadku większości nieruchomości miejskich i podmiejskich - zaleca się przyjrzenie się innym opcjom energii odnawialnej. Podobnie będzie w przypadku, jeśli proponowane miejsce jest pełne przeszkód, do których zalicza się w tym przypadku drzewa, wzgórza i inne budynki.

W porównaniu z innymi odnawialnymi źródłami energii, takimi jak fotowoltaika i pompy ciepła, turbiny wiatrowe wymagają dużej powierzchni do zbudowania. Także i względy finansowe przemawiają na niekorzyść energii wiatrowej w porównaniu do innych form OZE.

Jednak pomimo wysokich kosztów początkowych dobrze rozmieszczone turbiny wiatrowe - szczególnie te w odsłoniętych obszarach przybrzeżnych, które otrzymują średnią prędkość wiatru powyżej 6 /s - mogą generować znaczną ilość energii, a zatem zapewniają doskonały zwrot z inwestycji. Co więcej, jeśli posiadasz duży obszar odpowiedniej ziemi, turbiny wiatrowe mogą stanowić znaczące źródło stałego dochodu. Średni okres eksploatacji turbin wiatrowych wynosi ponad 25 lat, jest to zatem inwestycja długoterminowa.

Turbiny wiatrowe wydają się prostą konstrukcją, jednak w swoim wnętrzu kryją wiele dodatkowych elementów. Niemniej ich działanie nie jest możliwe w miejscach bezwietrznych. Aby turbina pracowała wydajnie wymagana jest prędkość wiatru na poziomie minimum 5 m/2. Ponadto instalację należy umieścić na otwartej przestrzeni. Z tego też względu buduje się je przeważnie na polach. Kto skorzysta na tego rodzaju inwestycji? Przede wszystkim będą to osoby, które posiadają ziemię o znaczącej powierzchni do dowolnego zagospodarowania. Wydaje się, że najwięcej zyskać mogą na tym duże przedsiębiorstwa, które chcą uniezależnić swój biznes od wahań cen energii elektrycznej.