Wiatr to ruch powietrza, którego bezpośrednim źródłem kinetycznym jest promieniowanie słoneczne (ok. 1% energii słonecznej, która dociera do powierzchni naszej planety jest przekształcana w energię wiatrów). Powstaje on m.in. na skutek różnicy ciepła pomiędzy ziemskimi lądami i wodami, biegunami i równikiem, a także z powodu działania siły Coriolisa związanej z ruchem obrotowym ziemi. Ponadto na siłę i kierunek wiatru wpływa szereg lokalnych czynników termicznych, a także m.in. ukształtowanie danego terenu, występowanie zbiorników wodnych, gęstość zabudowy.

Prawidłowe i wydajne działanie elektrowni i farm wiatrowych zależne jest więc od wielu globalnych i miejscowych aspektów, a rozkład przestrzenny i czasowy prędkości wiatru jest dla energetyki wiatrowej pojęciem kluczowym.

Ze względu na te fakty – nie w każdym miejscu na globie można zbudować wydajne elektrownie i farmy wiatrowe. Jednak od początku lat 70. XX wieku wiele zamożnych państw na masową skalę zaczęło wykorzystywać energię kinetyczną wiatru jako źródło energii.

Stało się tak, gdyż energia pochodząca z przemieszczających się mas powietrza jest źródłem niewyczerpanym i w pełni odnawialnym. Ponadto infrastruktura wiatrowa jest zawsze rozproszona, co minimalizuje ryzyko globalnych awarii całego systemu energetycznego. Z tego powodu od kilku dekad energetyka wiatrowa rozwija się prężnie, choć dostarczana przez nią ogólna energia jest wciąż tylko ułamkiem obecnych potrzeb ludzkości.

Najważniejszym elementem każdej elektrowni wiatrowej jest turbina wiatrowa. Przetwarza ona energię kinetyczną wiatru na pracę mechaniczną. Przekształcenie to wiąże się bezpośrednio z siłą nośną wytwarzaną na łopacie wirnika dzięki opływowi strug powietrza wokół tej łopaty.

W najnowocześniejszych elektrowniach wiatrowych wykorzystuje się turbiny z wałem poziomym posiadającym koło wirnikowe trzy- i dwułopatowe (śmigłowe). Oczywiście, istnieje przeszło kilkadziesiąt typów konstrukcji turbin wiatrowych, które różnią się np. liczbą zamontowanych łopat. W zależności od ich liczby wyróżnia się:

• turbiny wiatrowe wolnobieżne, charakteryzują się dużym momentem rozruchowym i posiadają wirnik o wielu łopatach (od 12 do nawet 40),

• turbiny wiatrowe średniobieżne, posiadają od 4 do 7 łopat,

• turbiny wiatrowe szybkobieżne, przypominają kształtem śmigło lotnicze, charakteryzują się małym momentem rozruchowym i posiadają wirnik wyposażony w 1‑3 łopaty.

W każdej konstrukcji elektrowni wiatrowej musi znajdować się generator (prądnica) elektryczny, który napędzany jest przez turbinę wiatrową i służy do produkcji prądu elektrycznego. Generatory w turbinach wiatrowych są zazwyczaj synchroniczne z magnesami trwałymi.

Ważnymi elementami elektrowni wiatrowej są także: przekładnia mechaniczna (istnieją również konstrukcje jej pozbawione), urządzenia sterownicze i regulacyjne, czyli zespół czujników i regulatorów, które monitorują prędkość wiatru i kąt nachylenia łopat wirnika, a także kontrolują pracę generatora oraz inne urządzenia pomocnicze, takie jak np. hamulce.

Elementy napędowe turbiny wiatrowej, czyli wirnik i generator elektryczny, umieszcza się na wytrzymałej wieży.

R16SBuX3iTtyG

Rys. 14.1. Przykładowy schemat elektrowni wiatrowej o małej mocy

Bardzo często elektrownie wiatrowe grupowane są w tzw. farmy wiatrowe. Tego typu obiekty mogą składać się z kilku lub nawet kilkuset turbin i budowane są na obszarach o dużym potencjale wiatrowym (np. wybrzeża morskie), dzięki czemu charakteryzują się wysoką wydajnością energetyczną.

Zmiany prędkości wiatru generują wahania mocy w poszczególnych elektrowniach składających się na farmę. Dzięki nadzorowi i centralnemu sterowaniu farmą – generowana przez nią moc czynna jest sumą mocy poszczególnych elektrowni wiatrowych.

Co istotne, turbin wiatrowych na farmie wiatrowej nie można umieszczać zbyt blisko siebie, ponieważ wpływają one na siebie i zmniejszają wydajność energetyczna całego kompleksu, zwłaszcza jeśli wirniki turbiny zaczynają się blokować, co jest zjawiskiem nazywanym cieniowaniem turbiny.

Energia pochodząca z dużych farm wiatrowych może być wykorzystywana np. do zasilania okolicznych miast lub przesyłana do sieci elektroenergetycznej w celu dystrybucji do innych regionów. Farmy wiatrowe stanowią obecnie istotny element produkcji energii odnawialnej i przyczyniają się do redukcji emisji gazów cieplarnianych.

Wróć do spisu treściD1EFjWdF6Wróć do spisu treści

Powrót do materiału głównegoDKe2NeVcXPowrót do materiału głównego