Вятърната енергия, известна още като вятърна енергия, е средство за овладяване на вятъра и превръщането му в електричество. Средната вятърна ефективност на турбините е между 35-45%.
Производство на вятърна енергия
Вятърът се произвежда в земната атмосфера поради разликата в земните температури на местно ниво или в регионален и глобален мащаб. Когато топло се нагрее, то се издига, напускайки мястото с ниско въздушно налягане; въздух от по-хладни райони с по-високи въздушни налягания навлиза, за да изравни въздушното налягане.
Вятърните мелници и турбини се възползват от кинетичната енергия или „енергията на движение“, която премества въздуха или вятъра от едно място на друго и ги преобразува в електричество. Вятърните турбини се издигат на ветровити места, така че вятърът може да движи лопатките на турбините. Тези остриета въртят мотор, а зъбните колела увеличават въртенията достатъчно, за да произвеждат електричество. Различни конструкции на турбини са подходящи за различни условия.
Вятърна ефективност и фактор на вятърния капацитет
Ефективността на вятъра не е същото като коефициента на капацитет на вятъра, което се обсъжда, когато хората мислят за енергийна ефективност. Wind Watch обяснява разликата между двата феномена.
Ефективност на вятъра и нейните граници
Ефективността на вятъра е количеството кинетична енергия във вятъра, което се преобразува в механична енергия и електричество. Законите на физиката, описани от Betz Limit, казват, че максималната теоретична граница е 59,6%. Вятърът изисква останалата част от енергията да духа покрай перките. Това всъщност е добре. Ако една турбина улови 100% от енергията, вятърът ще спре да духа и лопатките на турбината не могат да се въртят, за да произвеждат електричество.
Въпреки това не е възможно нито една машина в момента да преобразува всички уловени 59,6% от кинетичната енергия от вятър в електричество. Има ограничения, дължащи се на начина, по който са направени и проектирани генераторите, които допълнително намаляват количеството енергия, което накрая се преобразува в мощност. Средната стойност в момента е 35-45%, както беше отбелязано по-горе. Максимумът при пикова производителност може да достигне 50% според Wind Watch. Документ на австралийското правителство (NSW) също приема, че 50% е максималната вятърна ефективност, която може да бъде постигната (стр. 3).
Енергийната ефективност не варира толкова много, колкото факторът на мощността на вятъра, който зависи до голяма степен от местоположението и метеорологичните условия.
Коефициент на мощност на вятъра
Коефициентът на капацитета на вятъра е количеството енергия, произведено от генератор, спрямо това, което би могъл да произведе, ако работи през цялото време на пиков капацитет, според Green Tech Media. Коефициентът на мощност на вятъра има тенденция да варира от място на място и по различно време на годината, дори при едни и същи турбини, тъй като зависи от скоростта на вятъра, неговата плътност и пометена площ, която зависи от размера на генератора, посочва Open EI. Коефициентът на капацитет на вятъра може да бъде оптимизиран чрез избор на места, където преобладават идеалните условия на вятър през цялата или по-голямата част от годината. Затова е важно да вземете предвид коефициента на мощност на вятъра и условията, които го влияят, за да увеличите максимално мощността.
- Скорост на вятърапод 30 мили в час произвежда малко енергия според Wind Watch. Дори малки увеличения на скоростта могат да се превърнат в значително увеличение на мощността, генерирана според Open EI. Генерираната електроенергия е кубът на скоростта на вятъра, обяснява Wind EIS.
- Плътността на въздуха е по-голяма в по-хладните региони и на морското равнище, отколкото в планините. Така че идеалните места с висока плътност на вятъра са морета с по-ниски температури според Open EI. Това е една от причините за широкомащабното разширяване на офшорното вятърно производство.
- По-големите и по-високи турбини могат да се възползват от повече вятър по-високо над земята и от увеличения обхват на лопатките им. Следователно икономическите съображения стават важни тук.
Коефициентът на капацитет непрекъснато се увеличава с подобрена технология. Вятърните турбини, построени през 2014 г., достигнаха коефициент на капацитет от 41,2% в сравнение с 31,2% за турбините, построени между 2004-2011 г., според Green Tech Media. Факторът капацитет на вятъра обаче се влияе не само от технологията, но и от самата наличност на вятъра. По този начин през 2015 г. коефициентът на капацитет на турбините е бил под средния за предходните години поради „сушата на вятъра“, обяснява Green Tech Media.
Сравнение с други източници на енергия
Енергийната ефективност на вятъра е по-добра от енергийната ефективност на въглищата. Само 29-37% от енергията във въглищата се преобразува в електричество, а газът има почти същата ефективност като вятъра, тъй като 32-50% от енергията в газа може да се преобразува в електричество.
Въпреки това, по отношение на коефициентите на капацитет, изкопаемите горива са се представили по-добре от вятъра в САЩ през 2016 г. според Администрацията за енергийна информация на САЩ (EIA).
-
възобновяеми срещу фабрики Въглищните централи в САЩ работеха с 52,7% от капацитета си.
- Коефициентът на капацитет за газови инсталации е 56% в САЩ.
- Ядрената енергия има коефициент на капацитет от 92,5%, според данните на EIA за неизкопаеми горива.
- Коефициентът на капацитет на хидроенергията е 38%.
- Коефициентът на капацитет на вятърната енергия е 34,7%.
Когато сравнявате изходната мощност от различни източници на енергия, по-добре е да вземете предвид не само коефициента на капацитет, но и тяхната енергийна ефективност. Това прави увеличаването на производството на електроенергия от вятър конкурентоспособно и осъществимо в сравнение с изкопаемите горива, които също са затруднени от проблемите със замърсяването, които причиняват.
Прекъсванията засягат производството на вятърна енергия
Вятърната енергия страда от периодичност, тъй като вятърът не винаги е наличен и може да духа с различна скорост, което означава, че енергията се генерира на непоследователни нива. Прекъсването на енергията е явление, при което енергията не е налична непрекъснато поради много фактори, които хората не могат да контролират. Следователно има вариации в предлагането.
Решения за непостоянството
Тъй като производството на енергия от вятърни турбини варира от час на час или дори от секунда на секунда, доставчиците на електроенергия трябва да имат по-големи енергийни резерви, за да посрещнат и поддържат постоянни нива на захранване, обяснява американският учен. Прекъсването означава не само недостиг, но и периоди на излишък; това също осигурява възможно решение. Американският учен обяснява, че с нарастването на броя на източниците на вятърна енергия местните разлики във времето и условията на вятъра могат да балансират недостатъците и излишъците.
Подобрените прогнози за времето и моделирането също улесняват отчитането дори на краткосрочни промени във вятърната енергия. Необходима е и комбинация от източници за изравняване на дневните или сезонните разлики в производството на вятърна енергия.
Независимо от периодичността, широко разпространените нови вятърни паркове в САЩ всъщност помогнаха за стабилизиране на захранването, особено по време на екстремни метеорологични условия в Тексас според Clean Technica.
Цена
През 2017 г. The Independent обяви, че производството на енергия от вятър е по-евтино, отколкото от изкопаеми горива. Производството на мегаватчас (MWh) през 2017 г. струва 50 долара. С подобряването на технологията разходите продължават да падат, което я прави по-привлекателна от конвенционалните замърсяващи енергийни източници. САЩ се надяват да стимулират това движение чрез предоставяне на държавни стимули, за да увеличат дела на вятърната енергия, която е осигурила 6% от електроенергията през 2016 г. според EIA.
Wind EIS отбелязва, че 80% от разходите са капиталови разходи, свързани с инсталирането на турбините, а 20% са оперативни. Въпреки това, тъй като не са включени разходи за гориво и като се има предвид енергията, генерирана през целия й жизнен цикъл, вятърната енергия е конкурентна.
Енергия без въглерод
Вятърната енергия е една от по-ефективните алтернативи на енергията от изкопаеми горива. Предвижда се, че до 2050 г. 139 държави, които в момента използват 99% от световната енергия, може да използват 100% възобновяема енергия. Вятърът и слънчевата енергия могат заедно да осигурят до 97% от тази енергия, според доклад на Световния форум от 2017 г. Това може да помогне за ограничаване на покачването на глобалното затопляне до под 1,5C. Независимо дали става въпрос за вятърна ферма на хълм или по крайбрежието, технологията за вятърни турбини предлага много по-ефективен начин за генериране на използваема електроенергия от невъзобновяемите традиционни източници.
