Poate că i-ai văzut în timp ce conducea prin mediul rural. Sau poate că i-ai văzut chiar în largul coastei, ridicându-se la orizont, cu lamele rotative. Apoi, din nou, este posibil să le fi văzut pe acoperișul cuiva sau ca parte a unei operațiuni urbane la scară mică. Indiferent de locație, turbinele eoliene și energia eoliană devin o caracteristică din ce în ce mai frecventă în lumea modernă.
O mare parte din aceasta are legătură cu amenințarea schimbărilor climatice, cu poluarea aerului și cu dorința de a-și descărca umanitatea în afara dependenței de combustibilii fosili. Și când vine vorba de energie alternativă și regenerabilă, energia eoliană este de așteptat să ocupe a doua cea mai mare cotă a pieței pe viitor (după solar). Dar exact cum funcționează turbinele eoliene?
Descriere:
Turbinele aeriene sunt dispozitive care transformă energia cinetică a vântului și schimbă fluxul de aer în energie electrică. În general, ele constau din următoarele componente: un rotor, un generator și o componentă de susținere structurală (care poate lua forma fie a unui turn, a unui mecanism de tăiere a rotorului sau a ambelor).
Un rotor este format din palele care captează energia vântului și un arbore, care transformă energia vântului în energie de rotație cu viteză mică. Generatorul - care este conectat la arbore - transformă rotirea lentă în mare în energie electrică folosind o serie de magneți și un conductor (care, de obicei, este format din sârmă de cupru înfășurată).
Când magneții se rotesc cu firul de cupru, acesta produce o diferență de potențial electric, creând tensiune și curent electric. În cele din urmă, există componenta de susținere structurală, care asigură că turbina stă fie la o altitudine suficient de mare pentru a capta în mod optim schimbările de presiune ale vântului și / sau fața în direcția curgerii vântului.
Tipuri de turbine eoliene:
În prezent, există două tipuri principale de turbine eoliene - Turbine eoliene cu axă orizontală (HAWT) și Turbine eoliene cu ax verticală (VAWT). După cum ar spune numele, turbinele eoliene orizontale au un arbore rotor principal și un generator electric în partea de sus a unui turn, cu lamele îndreptate în vânt. Turbina este de obicei poziționată în sus de turnul său de susținere, deoarece este probabil să producă turbulențe în spatele acesteia.
Turbinele cu axe verticale (din nou, așa cum sugerează și numele) au arborele rotorului principal dispus pe verticală. De obicei, acestea sunt de natură mai mică și nu trebuie să fie orientate în direcția vântului pentru a se roti. Astfel, ei pot profita de vânt care este variabil în ceea ce privește direcția.
În general, turbinele eoliene cu axă orizontală sunt considerate mai eficiente și pot produce mai multă putere. În timp ce modelul vertical generează mai puțină energie electrică, acesta poate fi plasat la cote mai mici și are nevoie mai puțin în calea componentelor (în special un mecanism de tăiere). Turbinele eoliene pot fi, de asemenea, împărțite în trei grupuri generale, pe baza designului lor, care include modelele Towered, Savonius și Darrieus.
Modelul turnat este cea mai convențională formă de HAWT, constând dintr-un turn (așa cum ar sugera numele) și o serie de lame lungi care stau înainte (și sunt paralele). Savonis este un model VAWT care se bazează pe lamele conturate pentru a capta vântul și rotirea. În general, sunt cu o eficiență scăzută, dar au avantajul de a se autoîncepe. Aceste tipuri de turbine sunt adesea parte a operațiunilor eoliene pe acoperiș sau montate pe nave maritime.
Modelul Darrieus, cunoscut și sub denumirea de turbină „Eggbeater”, este numit după inventatorul francez care a fost pionier în proiectare - Georges Darrieus. Acest model VAWT folosește o serie de lame verticale care se așează paralel cu suportul vertical. În general, sunt cu o eficiență scăzută, necesită un rotor suplimentar pentru a începe să se rotească, să producă cuplu mare și să pună tensiune mare pe turn. Prin urmare, ele sunt considerate nesigure pe măsură ce modelele merg.
Istoria dezvoltării:
Energia eoliană a fost folosită de mii de ani pentru a împinge vele, mori de vânt sau pentru a genera presiune pentru pompele de apă. Primele exemple cunoscute provin din Asia Centrală, unde mori de vânt utilizate în Persia antică (Iran) au fost datate între 500 - 900 î. Tehnologia a început să apară în Europa în Evul Mediu și a devenit o caracteristică comună până în secolul al XVI-lea.
Până în secolul 19, odată cu dezvoltarea energiei electrice, au fost construite primele turbine eoliene capabile să genereze energie electrică. Prima a fost instalată în 1887 de către academicianul scoțian James Blyth pentru a-și lumina casa de vacanță în Marykirk, Scoția. În 1888, inventatorul american Charles F. Brush a construit prima turbină eoliană automatizată pentru a-și alimenta casa din Cleveland, Ohio.
Până la începutul secolului XX, turbinele eoliene au început să devină un mijloc obișnuit de a alimenta locuințele în zone îndepărtate (cum ar fi fermele). În 1941, prima turbină eoliană din clasa megawatt a fost instalată în Vermont și atașată la rețeaua de utilități locale. În 1951, Marea Britanie a instalat prima sa turbină eoliană conectată la rețeaua de utilități în Insulele Orkney.
Până în anii '70, cercetarea și dezvoltarea tehnologiei turbinelor eoliene au avansat considerabil datorită crizei OPEC și a protestelor împotriva energiei nucleare. În deceniile următoare, asociațiile și lobbyiștii dedicați energiei alternative au început să apară în țările Europei de Vest și în Statele Unite. Până în ultimul deceniu al secolului XX, eforturi similare au apărut în India și China, din cauza poluării aerului în creștere și a creșterii cererii de energie curată.
Putere eoliana:
Față de alte forme de energie regenerabilă, energia eoliană este considerată foarte fiabilă și constantă, deoarece vântul este constant de la an la an și nu scade în timpul maxim al cererii. Inițial, construcția de parcuri eoliene a fost o acțiune costisitoare. Dar, datorită îmbunătățirilor recente, energia eoliană a început să stabilească prețurile maxime pe piețele de energie angro din întreaga lume și să reducă veniturile și profiturile industriei combustibililor fosili.
Potrivit unui raport emis de Departamentul Energiei în martie 2015, creșterea energiei eoliene în Statele Unite ar putea duce la locuri de muncă și mai calificate în multe categorii. Intitulat „Viziune eoliană: o nouă eră pentru energia eoliană în Statele Unite”, documentul indică faptul că până în 2050, industria ar putea reprezenta până la 35% din producția electrică a SUA.
În plus, în 2014, Consiliul Global pentru Energie Eoliană și Greenpeace International s-au reunit pentru a publica un raport intitulat „Global Wind Energy Outlook 2014”. Acest raport a afirmat că, la nivel mondial, energia eoliană ar putea furniza până la 20-30% din energia electrică globală până în 2050. La momentul redactării raportului, instalațiile comerciale din mai mult de 90 de țări aveau o capacitate totală de 318 gigawati (GW), asigurând aproximativ 3,1% din oferta globală.
Aceasta reprezintă o creștere de aproape șaisprezece a ratei adoptării începând cu anul 2000, când energia eoliană a reprezentat mai puțin de 0,2%. Un alt mod de a privi ar fi să spunem că cota de piață a energiei eoliene s-a dublat de patru ori în mai puțin de 15 ani. Acest lucru îl plasează pe locul doi doar la energia solară, care s-a dublat de șapte ori în aceeași perioadă, dar totuși urmărește vântul în ceea ce privește cota sa totală de piață (cu aproximativ 1% până în 2014).
În ceea ce privește dezavantajele sale, o problemă ridicată în mod constant este efectul pe care turbinele eoliene îl au asupra vieții sălbatice locale și perturbarea prezenței lor asupra peisajului local. Cu toate acestea, aceste îngrijorări s-au dovedit adesea gonite de grupuri de interese speciale și lobbyiști care doresc să discrediteze energia eoliană și alte surse de energie regenerabilă.
De exemplu, un studiu din 2009 lansat de Laboratorul Național de Energie Regenerabilă a stabilit că mai puțin de 1 acre pe megawatt este perturbat permanent de construcția de parcuri eoliene pe scară largă și mai puțin de 3,5 acri pe megawatt sunt perturbate temporar. Același studiu a concluzionat că impacturile sunt relativ reduse asupra faunei sălbatice de păsări și lilieci și că aceleași concluzii sunt valabile și pentru platformele off-shore.
În întreaga lume, guvernele și comunitățile locale caută să producă energie eoliană pentru a-și satisface nevoile energetice. Într-o epocă a creșterii prețurilor la combustibil, a preocupărilor tot mai mari în ceea ce privește schimbările climatice și îmbunătățirea tehnologiei, acest lucru nu este surprinzător. La ritmul actual de adopție, este probabil să fie una dintre cele mai mari surse de energie până la jumătatea secolului.
Și asigurați-vă că vă puteți bucura de acest videoclip despre turbinele eoliene, prin amabilitatea Centrului de Cercetare Lewis al NASA:
Am scris multe articole interesante despre turbinele eoliene și energia eoliană aici la Space Magazine. Iată ce este energia alternativă? Ce sunt combustibilii fosili? Care sunt diferitele tipuri de energie regenerabilă?
Pentru mai multe informații, consultați articolul despre cum lucrează lucrurile despre istoricul și mecanica energiei eoliene și pagina spațiului verde a NASA.
Astronomie Cast are și unele episoade care sunt relevante pentru subiect. Iată episodul 51: Pământ și episodul 308: Schimbările climatice.
surse:
- Wikipedia - Turbina eoliană
- NASA - Vântul schimbării
- Departamentul Energiei - Cum funcționează turbinele eoliene?
- Agenția de Informare a Energiei din SUA - Tipuri de turbine eoliene
