Varbūt esat tos redzējis, braucot cauri laukiem. Vai varbūt jūs redzējāt viņus tieši pie krasta, pie horizonta ar tiem vērpjot asmeņus. Tad atkal jūs, iespējams, esat tos redzējis uz kāda jumta vai neliela mēroga pilsētas darbības ietvaros. Neatkarīgi no atrašanās vietas, vēja turbīnas un vēja enerģija mūsdienu pasaulē kļūst arvien izplatītāka iezīme.
Lielā mērā tas ir saistīts ar klimata pārmaiņu draudiem, gaisa piesārņojumu un vēlmi atšķirt cilvēci no tās atkarības no fosilā kurināmā. Un, domājot par alternatīvo un atjaunojamo enerģiju, paredzams, ka vēja enerģija nākotnē aizņems otro lielāko tirgus daļu (pēc saules enerģijas). Bet cik precīzi darbojas vēja turbīnas?
Apraksts:
Gaisa turbīnas ir ierīces, kas vēja kinētisko enerģiju un gaisa plūsmas izmaiņas pārvērš elektriskajā enerģijā. Parasti tie sastāv no šādām sastāvdaļām: rotora, ģeneratora un konstrukcijas atbalsta komponenta (kas var būt gan torņa, gan rotora pagrieziena mehānisma, gan abas formas).
Rotoru veido lāpstiņas, kas uztver vēja enerģiju, un vārpstu, kas vēja enerģiju pārvērš maza ātruma rotācijas enerģijā. Ģenerators, kas ir savienots ar vārpstu, lēno griešanos lielā enerģijā pārvērš elektriskajā enerģijā, izmantojot virkni magnētu un vadītāju (kas parasti sastāv no sarullēta vara stieples).
Kad magnēti griežas apkārt ar vara stiepli, tas rada atšķirības elektriskajā potenciālā, radot spriegumu un elektrisko strāvu. Visbeidzot, ir konstrukcijas atbalsta elements, kas nodrošina turbīnas stāvēšanu pietiekami lielā augstumā, lai optimāli uztvertu vēja spiediena izmaiņas un / vai vēju pret vēja plūsmas virzienu.
Vēja turbīnu veidi:
Pašlaik ir divi galvenie vēja turbīnu veidi - horizontālās ass vēja turbīnas (HAWT) un vertikālās ass vēja turbīnas (VAWT). Kā norāda nosaukums, horizontālajām vēja turbīnām torņa augšdaļā ir galvenā rotora vārpsta un elektriskais ģenerators ar lāpstiņām vērstā virzienā. Turbīna parasti ir novietota pretēji tā atbalsta tornim, jo tornis aiz tā varētu radīt turbulenci.
Vertikālās ass turbīnām (atkal, kā norāda nosaukums) galvenā rotora vārpsta ir novietota vertikāli. Parasti tie pēc būtības ir mazāki, un, lai pagrieztos, tie nav jānorāda vēja virzienā. Tādējādi viņi var izmantot vēja priekšrocības, kuru virziens mainīgs.
Parasti horizontālās ass vēja turbīnas tiek uzskatītas par efektīvākām un var radīt lielāku jaudu. Kaut arī vertikālais modelis rada mazāk elektrības, to var novietot zemākā augstumā, un komponentiem tas ir vajadzīgs mazāk (it īpaši pagrieziena mehānisms). Vēja turbīnas var arī iedalīt trīs vispārīgās grupās, pamatojoties uz to dizainu, kurā ietilpst Towered, Savonius un Darrieus modeļi.
Torņa modelis ir visizplatītākā HAWT forma, kas sastāv no torņa (kā norāda nosaukums) un virknes garu lāpstiņu, kas atrodas torņa priekšā (un paralēli tam). Savonis ir VAWT modelis, kas paļaujas uz kontūrveida asmeņiem (kausiņiem), lai uztvertu vēju un griezienu. Parasti tās ir zemas efektivitātes, taču to priekšrocība ir pašstartēšana. Šāda veida turbīnas bieži ir daļa no vēja operācijām uz jumta vai uzstādītas uz jūras kuģiem.
Darrieus modelis, kas pazīstams arī kā “Eggbeater” turbīna, ir nosaukts pēc franču izgudrotāja, kurš bija projekta aizsācējs - Georges Darrieus. Šajā VAWT modelī ir virkne vertikālu asmeņu, kas atrodas paralēli vertikālajam atbalstam. Parasti tās ir zemas efektivitātes, tām ir nepieciešams papildu rotors, lai sāktu griezties, rada lielu griezes momentu un rada lielu spriegumu tornī. Līdz ar to tie tiek uzskatīti par neuzticamiem, jo dizainparaugi iziet.
Attīstības vēsture:
Vēja enerģija tūkstošiem gadu tiek izmantota, lai stumtu buras, darbinātu vējdzirnavas vai radītu spiedienu ūdens sūkņiem. Agrākie zināmie piemēri nāk no Vidusāzijas, kur senajā Persijā (Irānā) izmantotās vējdzirnavas ir datētas ar 500–900 CE. Šī tehnoloģija sāka parādīties Eiropā viduslaikos, un līdz 16. gadsimtam tā kļuva par kopīgu iezīmi.
Līdz 19. gadsimtam, attīstoties elektroenerģijai, tika uzceltas pirmās vēja turbīnas, kas spēj radīt elektrību. Pirmo uzstādīja 1887. gadā skotu akadēmiķis Džeimss Blaits, lai apgaismotu savu brīvdienu māju Marykirkā, Skotijā. 1888. gadā amerikāņu izgudrotājs Čārlzs F. Bruss uzbūvēja pirmo automatizēto vēja turbīnu, lai darbinātu savas mājas Klīvlendā, Ohaio štatā.
Līdz 20. gadsimta sākumam vēja turbīnas sāka kļūt par izplatītu māju energoapgādes līdzekli attālos rajonos (piemēram, viensētās). 1941. gadā Vērmontā tika uzstādīta pirmā megavatu klases vēja turbīna, kas pievienota vietējam komunikāciju tīklam. 1951. gadā Apvienotajā Karalistē Orkneju salās uzstādīja savu pirmo ar energotīklu savienoto vēja turbīnu.
Līdz 1970. gadiem vēja turbīnu tehnoloģijas pētniecība un attīstība ir ievērojami progresējusi, pateicoties OPEC krīzei un protestiem pret kodolenerģiju. Turpmākajās desmitgadēs Rietumeiropas valstīs un Amerikas Savienotajās Valstīs sāka veidoties alternatīvas enerģijas jomā iesaistītas asociācijas un lobisti. Līdz 20. gadsimta pēdējai desmitgadei līdzīgi centieni parādījās Indijā un Ķīnā pieaugošā gaisa piesārņojuma un pieaugošā tīras enerģijas pieprasījuma dēļ.
Vēja enerģija:
Salīdzinājumā ar citiem atjaunojamās enerģijas veidiem vēja enerģija tiek uzskatīta par ļoti uzticamu un vienmērīgu, jo vējš katru gadu ir pastāvīgs un pieprasījuma pīķa stundās nemazinās. Sākumā vēja ģeneratoru parku celtniecība bija dārgs pasākums. Bet, pateicoties nesenajiem uzlabojumiem, vēja enerģija ir sākusi noteikt maksimālās cenas enerģijas vairumtirgos visā pasaulē un samazināt fosilā kurināmā nozares ieņēmumus un peļņu.
Saskaņā ar ziņojumu, ko Enerģētikas departaments izdeva 2015. gada martā, vēja enerģijas pieaugums Amerikas Savienotajās Valstīs daudzās kategorijās varētu radīt vēl vairāk augsti kvalificētas darba vietas. Dokumentā ar nosaukumu “Vēja redzējums: jauns laikmets vēja enerģijai Amerikas Savienotajās Valstīs” norādīts, ka līdz 2050. gadam šī nozare varētu saražot pat 35% no ASV elektrības ražošanas apjoma.
Turklāt 2014. gadā Globālā vēja enerģijas padome un Greenpeace International sanāca kopā, lai publicētu ziņojumu ar nosaukumu “Global Wind Energy Outlook 2014”. Šajā ziņojumā teikts, ka visā pasaulē vēja enerģija līdz 2050. gadam varētu nodrošināt pat 25 līdz 30% no pasaules elektroenerģijas. Ziņojuma sastādīšanas laikā vairāk nekā 90 valstu komerciālo iekārtu kopējā jauda bija 318 gigavatti (GW), nodrošinot apmēram 3,1% no globālā piedāvājuma.
Tas ir gandrīz sešpadsmitkārtīgs adopcijas līmeņa pieaugums kopš 2000. gada, kad vēja enerģija bija mazāka par 0,2%. Vēl viens veids, kā to aplūkot, būtu teikt, ka mazāk nekā 15 gadu laikā vēja enerģijas tirgus daļa ir divkāršojusies četras reizes. Tas otrajā vietā ir tikai saules enerģija, kas tajā pašā laika posmā ir divkāršojusies septiņas reizes, bet tās kopējā tirgus daļa joprojām ir vēja (līdz 2014. gadam aptuveni 1%).
Runājot par trūkumiem, viens konsekventi izvirzīts jautājums ir vēja turbīnu ietekme uz vietējo savvaļas dzīvi un to klātbūtnes radītie traucējumi vietējā ainavā. Tomēr ir izrādījies, ka īpašas interešu grupas un lobisti bieži uzrauga šīs bažas vēja enerģijas un citu atjaunojamo enerģijas avotu diskreditēšanā.
Piemēram, 2009. gada pētījumā, ko publiskoja atjaunojamās enerģijas laboratorija, tika noteikts, ka liela mēroga vēja ģeneratoru parku celtniecība ilgstoši traucē mazāk nekā 1 akru uz megavatu un īslaicīgi traucē mazāk nekā 3,5 akrus uz megavatu. Tajā pašā pētījumā secināts, ka ietekme uz putnu un sikspārņu savvaļas dzīvniekiem ir salīdzinoši neliela, un tie paši secinājumi attiecas uz piekrastes platformām.
Visā pasaulē valdības un vietējās kopienas vēlas izmantot vēja enerģiju, lai apmierinātu enerģijas vajadzības. Degvielas cenu pieauguma, pieaugošo satraukumu par klimata izmaiņām un tehnoloģiju uzlabošanas laikmetā tas gandrīz nepārsteidz. Pašreizējā pieņemšanas ātrumā tas, iespējams, būs viens no lielākajiem enerģijas avotiem līdz gadsimta vidum.
Un noteikti izbaudiet šo video par vēja turbīnām, pateicoties NASA Lūisa pētījumu centram:
Mēs šeit Space Magazine esam uzrakstījuši daudz interesantu rakstu par vēja turbīnām un vēja enerģiju. Lūk, Kas ir alternatīvā enerģija ?, Kas ir fosilais kurināmais ?, Kādi ir dažādi atjaunojamās enerģijas veidi ?, Okeāna vēja enerģija (ar kosmosa palīdzību) un vai pasaule var darboties ar saules un vēja enerģiju?
Lai iegūtu papildinformāciju, izlasiet rakstu How Stuff Works par vēja enerģijas vēsturi un mehāniku un NASA lapu Greenspace.
Astronomijas cast ir arī dažas epizodes, kas attiecas uz šo tēmu. Šeit ir 51. epizode: Zeme un 308. sērija: klimata izmaiņas.
Avoti:
- Wikipedia - vēja turbīna
- NASA - pārmaiņu vējš
- Enerģētikas departaments - kā darbojas vēja turbīnas?
- ASV Enerģētikas informācijas aģentūra - vēja turbīnu veidi
