Energia wiatru - Młodzież

Wprowadzenie

Wiatr jest to poziomy lub prawie poziomy ruch powietrza względem powierzchni ziemi, wywołany przez różnicę ciśnień oraz różnicami w ukształtowaniu powierzchni.

Historia wykorzystania energii wiatru
Ludzie od bardzo dawna wykorzystują energię wiatru. Już przed naszą erą wiatr służył mieleniu zboża w młynach, pompowaniu wody i nawadnianiu pól uprawnych. Pierwsze wiatraki jaki pojawiły się w Polsce i innych państwach Europy były prostymi drewnianymi budowlami. Elektryczność nie była jeszcze znana, a energia wiatru służyła głównie do mielenia ziarna na mąkę.

 

Typy dawnych wiatraków:

  • Koźlarz ( wiatrak kozłowy) – nie tylko skrzydła, ale cały drewniany korpus obracał się na wietrze. Koźlarza można było nastawić w kierunku wiatru za pomocą specjalnego dyszla i kołowrota.
  • Wiatraki holenderskie- konstrukcja budowli była murowana, masywna i nieruchoma. Obracał się tylko drewniany dach wraz ze śmigłami.

 

 


Wiatrak kozłowy źródło wikipedia.org


Wiatrak holenderski źródło wikipedia.org


Po raz pierwszy moc wiatru do produkcji prądu wykorzystano pod koniec XIX wieku, czyli w tym samym okresie, w którym powstawały wielkie wynalazki takie jak telefon, radio, czy samochód z silnikiem benzynowym. Pierwsze turbiny wiatrowe nie były jeszcze dobrze dopracowane i szybko ulegały uszkodzeniom. Ich konstruowaniem zajmowali się wyłącznie pasjonaci i nie miało to większego znaczenia dla przemysłu energetycznego. Pierwszą turbinę wiatrową, która produkowała prąd stworzył amerykański biznesmen i naukowiec Charles Brush. Turbina ta była zbudowana z około 140 drewnianych łopat, a ich rozpiętość ( średnica) wynosiła  17m. Moc tego urządzenia wynosiła tylko 12 kW, to mniej więcej tyle ile potrzebują 3-4 domy jednorodzinne na cele oświetlenia i urządzeń elektrycznych. Współczesne turbiny wiatrowe osiągają moc nawet 200 razy większą. Pierwsze turbiny wiatrowe nie dostarczały prądu do sieci elektroenergetycznej, tak jak jest to obecnie. Ich praca polegała na ładowaniu akumulatorów. Dzięki takim generatorom, gospodarstwa domowe zwłaszcza na wsi, miały prąd.

Turbina skonstruowana przez Charles Francis Brush. Pierwsza turbina wiatrowa generująca energie elektryczną

Współczesna elektrownia wiatrowa.


Na przestrzeni lat energetyka wiatrowa zyskała ogromną popularność. Obecnie 80 państw na świecie wykorzystuje wiatr do produkcji prądu. A w niektórych jest to najpopularniejszy sposób wytwarzania prądu. Obecnie buduje się farmy wiatrowe skupiające kilkadziesiąt pojedynczych turbin. Są to elektrownie wiatrowe, które podobnie do tradycyjnych elektrowni węglowych oddają wytworzony prąd do sieci elektroenergetycznej. Moc takiej elektrowni wiatrowej jest niewiele mniejsza niż niektórych elektrowni węglowych.


Wykorzystanie energii wiatru do produkcji prądu w Polsce
W Polsce produkcja prądu za pomocą turbin wiatrowych rozpoczęła się 20 lat temu. W 1991 roku na Pomorzu stanęła pierwsza turbina wiatrowa. Przez następne lata powstało wiele elektrowni wiatrowych, nie tylko nad morzem, ale także w Polsce południowej ( np. Zawoja, Rytro ) Na początku elektrownie wiatrowe składały się tylko z pojedynczej turbiny, Na przełomie XX i XXI wieku pojawiły się pierwsze farmy wiatrowe, składające się z 5-6 turbin. Energetyka wiatrowa stawała się coraz bardziej popularna., a elektrownie wiatrowe miały coraz większą moc. Obecne farmy wiatrowe skupiają kilkadziesiąt pojedynczych turbin.

Farmy wiatrowe



Najwięcej farm wiatrowych jest na Pomorzu. Przodują województwa zachodniopomorskie, wielkopolskie, kujawsko - pomorskie i pomorskie. W Margoninie 40 km od Piły znajduje się niedawno powstała największa polska farma wiatrowa, jej łączna moc to 120 MW. W skład tej farmy wiatrowej wchodzi 60 turbin.
Inne duże elektrownie wiatrowe to:

  • Tymień ( zachodniopomorskie) – 50 MW
  • Kisielice ( warmińsko-mazurskie) – 40,5 MW
  • Jagniątkowo (zachodniopomorskie) – 30,6 MW
  • Zagórze (zachodniopomorskie) – 30 MW
  • Kamieńsk ( łódzkie) – 30 MW Puck ( pomorskie) – 20 MW

Zasoby wiatru
Wiatr jest to poziomy, lub prawie poziomy ruch powietrza względem powierzchni ziemi. Powstaje na skutek różnicy ciśnień i temperatur.
Stoki górskie w dzień szybciej się ogrzewają niż zacienione doliny, ale w nocy szybciej też się schładzają. Ciepłe powietrze unosi się do góry, bo jest lżejsze. Dlatego w górach w dzień wiatr wieje po zboczu w górę, a w nocy od strony zbocza w dół.
U wybrzeży rozkład wiatru również się zmienia w ciągu doby. W dzień ląd bardzo szybko ogrzewa się od słońca. Ciepłe powietrze unosi się do góry, a na jego miejsce napływa chłodne powietrze od morza. Jest to bryza morska, która przyjemnie chłodzi w upalne dni. Woda długo się nagrzewa, ale również długo schładza, dlatego w nocy nadal pozostaje ciepła. Ląd ochładza się szybciej, dlatego w nocy wiatr wieje od lądu w kierunku morza.

Powstawanie wiatru nad morzem.

Powstawanie w górach.


Farmy wiatrowe mogą być budowane tylko w ternach, gdzie zasoby wiatru są duże. Nie w każdym miejscu Polski wiatr wieje tak samo.
Zanim powstanie farma wiatrowa prowadzone są obserwacje i pomiary wiatru. Energia wiatru zależy przede wszystkim od prędkości wiatru.



Przykładowy rozkład prędkości wiatru w ciągu roku


Zależność mocy wiatru od jego prędkości.


Na prędkość wiatru wpływa ukształtowanie terenu. Przy powierzchni terenu  wiatr jest słabszy, gdyż napotyka na przeszkody takie jak zabudowania, drzewa. Z tego powodu elektrownie wiatrowe buduje się w terenie otwartym, z dala od miast, a maszty turbin mają dużą wysokość. Zanim powstanie turbina, analizuje się prędkość  wiatru na różnych wysokościach.

Najbardziej korzystne warunki panują na północy kraju, zwłaszcza na samym wybrzeżu. Porównywalnie dobre warunki posiada także Wielkopolska. Dlatego duże farmy wiatrowe powstają właśnie w północnych województwach. Zupełnie słabe zasoby wiatru posiada Polska południowa, czyli województwo małopolskie i śląskie. W terenach tych spotkać można jedynie pojedyncze turbiny, nie buduje się tam farm wiatrowych. Jeśli chodzi o południe kraju, jedynie region podkarpacki jest w miarę korzystny pod względem wietrzności.




Mapa Polski z podziałem na strefy w zależności od zasobów wiatrowych.

 

Technologia wykorzystania energii wiatru
Turbiny wiatrowe, powszechnie nazywane po prostu wiatraki zbudowane są z następujących elementów:

  • maszt ( wysoka wieża w kształcie rury)
  • wirnik wraz z łopatami ( najpopularniejsze są 3 łopaty)
  • gondola, w jej wnętrzu znajduję się mechanizm, który zamienia energię wiatru na energię elektryczną.

Budowa turbiny wiatrowej



Obecnie spotykane turbiny mają białe maszty rurowe o wysokości przekraczającej 100m. Jest to około 3 razy większa wysokość niż drzewa w lesie  ( np. sosna mierzy około 30-40 metrów) Ale istnieją budowle dużo wyższe niż turbiny wiatrowe. Pałac Kultury i Nauki jest 2 razy wyższy niż typowy wiatrak.

Porównanie współczesnego wiatraka do innych wielkich budowli.



Rozwój energetyki wiatrowej w Europie
W pozostałych państwach Europy rozwój energetyki wiatrowej od wielu lat jest bardzo dynamiczny.  Przodują kraje takie jak Hiszpania, Niemcy, Włochy, Francja i Wielka Brytania. Ciekawostką jest  że Włochy, które posiadają jedne z gorszych warunków wiatrowych zajmują wysokie miejsce w produkcji energii elektrycznej z farm wiatrowych. W ostatnich latach popularne stały się morskie farmy wiatrowe. Elektrownie takie buduje się wzdłuż wybrzeża lądu. Na Morzu Północnym powstało już wiele takich inwestycji, na Bałtyku kilka farm wiatrowych istnieje u wybrzeży Dani, Finlandii i Szwecji. Elektrownie takie mogą wyprodukować więcej energii elektroenergetycznej, ponieważ na morzu wiatr jest silniejszy niż na lądzie. Zaletą budowy morskich farm wiatrowych jest także nieograniczona przestrzeń.

Morska farma wiatrowa


W Polsce jeszcze nie posiadamy żadnej morskiej farmy wiatrowej. Ale istnieją już plany aby na morzu w okolicy Słupska wybudować morskie turbiny wiatrowe. Plany te są jeszcze odległe, jednak możliwe, że w 2020 roku zakręcą się pierwsze morskie wiatraki na polskich wodach. Rozwój energetyki wiatrowej we wszystkich europejskich państwach wynika częściowo z polityki Unii Europejskiej. Specjalne dokumenty i ustawy promują elektrownie wykorzystujące źródła odnawialne. Celem jest ograniczenie emisji szkodliwych substancji do atmosfery.


Małe elektrownie wiatrowe
Poza dużymi turbinami wiatrowymi, które skupione są w farmach wiatrowych i wytwarzają prąd na dużą skalę istnieją też małe elektrownie wiatrowe. Małe elektrownie produkują prąd na potrzeby własne właściciela, np. oświetlenie domków letniskowych, szklarni, budynków gospodarczych. Taka inwestycja jest dużo prostsza i mniej kosztowna w porównaniu do wiatraków o dużej mocy. Małe elektrownie wiatrowe zapewniają elektryczność w terenach odległych od miast np. w schroniskach górskich. Mogą też być stosowane np. na jachtach czy łódkach.
Wśród małych elektrowni wiatrowych wyróżniamy kilka różnych typów jeśli chodzi o budowę,
Obrazem przedstawia podział:

 

Typy małych elektrowni wiatrowych


Mała turbina wiatrowa na dachu


Zalety i wady farm wiatrowych
Budowa elektrowni wiatrowych ma swoich zwolenników i przeciwników, jedni wymieniają zalety, drudzy wady farm wiatrowych.
Zalety to:

  • wiatr to energia odnawialna, nigdy się nie wyczerpie, w przeciwieństwa np. do węgla, gazu,
  • jest to czysta energia. Do atmosfery nie dostają się żadne szkodliwe dymy,
  • wiatr jest za darmo i zawsze będzie za darmo,
  • kręcące się wiatraki nie szpecą krajobrazu tak jak dymiące kominy,
  • możliwość zastosowania małych turbin wirowych i produkcji prądu w terenach gdzie prąd sieciowy nie dociera.


Wady energetyki wiatrowej:

  • wiatr jest zmienny. Nie można dokładnie przewidzieć  z jaką siłą będzie wiał,
  • farmy wiatrowe zajmują dużo miejsca, potrzebują terenów niezamieszkałych i odległych od miast,
  • nie w każdym miejscu kraju są takie same warunki dla budowy elektrowni wiatrowych. W wielu miejscach wiatr jest za słaby,
  • duże skupiska wiatraków zagrażają przelatującym ptakom.


Przeciwnicy energetyki wiatrowej, uważają, że turbiny są źródłem hałasu. Rzeczywiście w bliskiej odległości praca wiatraka może być uciążliwa. Jednak farmy wiatrowej buduje się zawsze w rozsądnej odległości od zabudowań, aby hałas nie był szkodliwy dla mieszkańców.




Hałas powodowany przez różne źródła dźwięku

 

Loga patronów

Projekt biogazownie

biogazownie korzyści czy zagrożenia

Kalkulatory

Gry Edukacyjne

Sponsorzy

Sondy

Co sądzisz o projekcie?
 

Odwiedziło Nas

osób