Veterná energia, známa aj ako veterná energia, je prostriedkom na využitie vetra a jeho premenu na elektrinu. Priemerná veterná účinnosť turbín je medzi 35-45%.
Výroba veternej energie
Vietor vzniká v zemskej atmosfére v dôsledku rozdielov v zemských teplotách lokálne alebo v regionálnom a globálnom meradle. Keď sa teplo zahreje, stúpa a opúšťa miesto s nízkym tlakom vzduchu; vzduch z chladnejších oblastí s vyšším tlakom vzduchu prúdi dovnútra, aby vyrovnal tlak vzduchu.
Veterné mlyny a turbíny využívajú kinetickú energiu alebo „energiu pohybu“, ktorá presúva vzduch alebo vietor z jedného miesta na druhé a premieňa ich na elektrinu. Veterné turbíny sú postavené na veterných miestach, takže vietor môže pohybovať lopatkami turbín. Tieto čepele otáčajú motor a ozubené kolesá zvyšujú otáčky dostatočne na výrobu elektriny. Rôzne konštrukcie turbín sú vhodné pre rôzne podmienky.
Účinnosť vetra a faktor kapacity vetra
Účinnosť vetra nie je to isté ako faktor kapacity vetra, o čom sa hovorí, keď ľudia myslia na energetickú účinnosť. Wind Watch vysvetľuje rozdiel medzi týmito dvoma javmi.
Účinnosť vetra a jej limit
Účinnosť vetra je množstvo kinetickej energie vo vetre, ktorá sa premieňa na mechanickú energiu a elektrinu. Fyzikálne zákony opísané Betz Limitom hovoria, že maximálny teoretický limit je 59,6%. Vietor vyžaduje zvyšok energie, aby prefúkol lopatky. To je v skutočnosti dobré. Ak by turbína zachytila 100 % energie, vietor by prestal fúkať a lopatky turbíny by sa nemohli otáčať na výrobu elektriny.
V súčasnosti však žiadny stroj nedokáže premeniť všetkých zachytených 59,6 % kinetickej energie z vetra na elektrickú energiu. Existujú limity v dôsledku spôsobu výroby a konštrukcie generátorov, ktoré ďalej znižujú množstvo energie, ktorá sa nakoniec premení na energiu. Priemer je v súčasnosti 35 – 45 %, ako je uvedené vyššie. Maximum pri špičkovom výkone by podľa Wind Watch mohlo dosiahnuť 50 %. Austrálsky vládny dokument (NSW) tiež súhlasí s tým, že 50 % je maximálna účinnosť vetra, ktorú možno dosiahnuť (str. 3).
Energetická účinnosť sa nemení natoľko ako faktor kapacity vetra, ktorý do veľkej miery závisí od polohy a poveternostných podmienok.
Faktor kapacity vetra
Faktor kapacity vetra je podľa Green Tech Media množstvo energie produkovanej generátorom v porovnaní s tým, čo by mohol vyrobiť, ak by neustále fungoval na špičkovú kapacitu. Faktor kapacity vetra sa mení z miesta na miesto a v rôznych ročných obdobiach, dokonca aj pri tých istých turbínach, pretože závisí od rýchlosti vetra, jeho hustoty a plochy, ktorá závisí od veľkosti generátora, poukazuje na Open EI. Faktor kapacity vetra je možné optimalizovať výberom miest, kde po celý alebo väčšiu časť roka prevládajú ideálne veterné podmienky. Preto je dôležité zvážiť faktor kapacity vetra a podmienky, ktoré ho ovplyvňujú, aby sa maximalizoval výkon.
- Rýchlosť vetrapod 30 míľ za hodinu produkuje podľa Wind Watch málo energie. Dokonca aj malé zvýšenie rýchlosti sa môže premietnuť do podstatného zvýšenia výkonu generovaného podľa Open EI. Vyrobená elektrina je kocka rýchlosti vetra vysvetľuje Wind EIS.
- Hustota vzduchu je viac v chladnejších oblastiach a na úrovni mora ako v horách. Takže ideálne miesta s vysokou hustotou vetra sú moria s chladnejšími teplotami podľa Open EI. Toto je jeden z dôvodov rozsiahleho rozšírenia výroby veternej energie na mori.
- Väčšie a vyššie turbíny dokážu využiť väčší vietor vyššie nad zemou a väčší rozpätie lopatiek. Ekonomické úvahy sú tu preto dôležité.
Kapacitný faktor sa neustále zvyšuje pomocou vylepšenej technológie. Veterné turbíny postavené v roku 2014 dosiahli kapacitný faktor 41,2 % v porovnaní s 31,2 % pre turbíny postavené v rokoch 2004 – 2011, podľa Green Tech Media. Na kapacitný faktor vetra však nemá vplyv len technológia, ale aj samotná dostupnosť vetra. V roku 2015 bol teda kapacitný faktor turbín pod priemerom predchádzajúcich rokov v dôsledku „veterného sucha“, vysvetľuje Green Tech Media.
Porovnanie s inými zdrojmi energie
Energetická účinnosť vetra je lepšia ako energetická účinnosť uhlia. Len 29-37% energie v uhlí sa premieňa na elektrinu a plyn má takmer rovnakú účinnosť ako vietor, keďže 32-50% energie v plyne sa dá premeniť na elektrinu.
Pokiaľ ide o kapacitné faktory, fosílne palivá si však v roku 2016 viedli v USA lepšie ako vietor podľa amerického úradu pre energetické informácie (EIA).
-
obnoviteľné zdroje vs továrne Uhoľné elektrárne v USA bežali na 52,7 % svojej kapacity.
- Kapacitný faktor pre plynové elektrárne bol v USA 56 %.
- Jadrová energia mala podľa údajov EIA pre nefosílne palivá kapacitný faktor 92,5 %.
- Faktor kapacity vodnej energie bol 38 %.
- Kapacitný faktor veternej energie bol 34,7 %.
Pri porovnávaní výkonu z rôznych zdrojov energie je lepšie zvážiť nielen kapacitný faktor, ale aj ich energetickú účinnosť. To robí zvýšenie výroby energie z vetra konkurencieschopným a uskutočniteľným v porovnaní s fosílnymi palivami, ktoré sú tiež sužované problémami so znečistením, ktoré spôsobujú.
Prerušovanosť ovplyvňuje výkon veternej energie
Veterná energia trpí prerušovaním, pretože vietor nie je vždy dostupný a môže fúkať rôznou rýchlosťou, čo znamená, že energia sa generuje na nekonzistentných úrovniach. Energetická prerušovanosť je jav, pri ktorom energia nie je dostupná nepretržite v dôsledku mnohých faktorov, ktoré ľudia nemôžu kontrolovať. Preto existujú rozdiely v ponuke.
Riešenia prerušovania
Vzhľadom na to, že výroba energie z veterných turbín kolíše z hodiny na hodinu alebo dokonca z sekundy na sekundu, musia mať dodávatelia energie väčšie energetické rezervy, aby dosiahli a udržali konzistentnú úroveň dodávky energie, vysvetľuje American Scientist. Prerušovanie neznamená len nedostatky, ale aj obdobia excesov; to potom tiež poskytuje možné riešenie. The American Scientist vysvetľuje, že so zvyšujúcim sa počtom zdrojov veternej energie môžu miestne rozdiely v počasí a veterných podmienkach vyrovnať nedostatky a prebytky.
Vylepšené predpovede počasia a modelovanie tiež uľahčujú zohľadnenie aj krátkodobých zmien výkonu vetra. Mix zdrojov je potrebný aj na vyrovnanie denných alebo sezónnych rozdielov vo výrobe veternej energie.
Bez ohľadu na prerušovanie, rozšírené nové veterné farmy po celých USA skutočne pomohli stabilizovať dodávku energie, najmä počas extrémneho počasia v Texase podľa Clean Technica.
Cena
V roku 2017 The Independent oznámil, že výroba energie z vetra je lacnejšia ako z fosílnych palív. Výroba megawatthodiny (MWh) stála 50 dolárov v roku 2017. So zlepšujúcou sa technológiou náklady naďalej klesajú, vďaka čomu je atraktívnejšia ako bežné znečisťujúce zdroje energie. USA dúfajú, že podnietia toto hnutie poskytnutím vládnych stimulov na zvýšenie podielu veternej energie, ktorá v roku 2016 poskytla 6 % svojej elektriny podľa EIA.
Wind EIS poznamenáva, že 80 % nákladov tvoria kapitálové náklady spojené s inštaláciou turbín a 20 % je prevádzkových. Keďže však nie sú zahrnuté žiadne náklady na palivo a vzhľadom na energiu vyrobenú počas celého životného cyklu, veterná energia je konkurencieschopná.
Bezuhlíková energia
Veterná energia je jednou z najefektívnejších alternatív k energii z fosílnych palív. Predpokladá sa, že do roku 2050 by 139 krajín, ktoré v súčasnosti využívajú 99 % svetovej energie, mohlo využívať 100 % obnoviteľnej energie. Podľa správy Svetového fóra z roku 2017 by vietor a slnko mohli spolu poskytnúť až 97 % tejto energie. To môže pomôcť obmedziť nárast globálneho otepľovania pod 1,5 C. Či už ide o veternú farmu na svahu alebo pozdĺž pobrežia, technológia veterných turbín ponúka oveľa efektívnejší spôsob výroby využiteľnej elektriny ako neobnoviteľné tradičné zdroje.
