Energia wiatru: Różnice pomiędzy wersjami

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przeglądaj historię interaktywnie
[wersja przejrzana][wersja przejrzana]
← poprzednia edycjanastępna edycja →
Usunięta treść Dodana treść
WizualnieWikikod
lit., int., drobne redakcyjne
Uzupełnienia i dodanie źródeł w sekcji "Historia", WP:SK
Linia 2: Linia 2:
{{Energia odnawialna}}
{{Energia odnawialna}}


'''Energia wiatru''' - [[odnawialne źródła energii|odnawialne źródło energii]], [[energia kinetyczna]] przemieszczających się mas [[powietrze|powietrza]]. Jest przekształcana w [[energia elektryczna|energię elektryczną]] za pomocą [[turbina wiatrowa|turbin wiatrowych]], jak również wykorzystywana jako energia mechaniczna w [[wiatrak]]ach i pompach wiatrowych, oraz jako źródło napędu w [[jacht]]ach żaglowych.
'''Energia wiatru''' - [[energia kinetyczna]] przemieszczających się mas [[powietrze|powietrza]], zaliczana do [[odnawialne źródła energii|odnawialnych źródeł energii]]. Jest przekształcana w [[energia elektryczna|energię elektryczną]] za pomocą [[turbina wiatrowa|turbin wiatrowych]], jak również wykorzystywana jako energia mechaniczna w [[wiatrak]]ach i pompach wiatrowych, oraz jako źródło napędu w [[jacht]]ach żaglowych.


== Historia ==
== Historia ==
{{main|wiatrak}}
Pierwsze wzmianki o [[wiatrak]]ach znajdują się już w kodeksie [[Hammurabi]]ego. Wiatraki te służyły do pompowania wody i melioracji pól, a ich oś obrotu była pionowa. Przez ponad 2500 lat wiatraki miały pionową oś obrotu, dopiero w 1105 roku powstał pierwszy opis wiatraka o poziomej osi obrotu, czyli takiego, jaki jest obecnie najpopularniejszy. Z kolei pierwszym zapisem dotyczącym wiatraków na ziemiach polskich jest zezwolenie zakonnikom z [[Biały Buk|Białego Buku]] na jego budowę wydane przez księcia [[Wisław II|Wisława]] z Rugii w 1271 roku.
Najstarszym znanym wykorzystaniem energii wiatru są łodzie żaglowe. Wiadomo, że były używane już w [[Starożytny Egipt|Starożytnym Egipcie]] około 3200 lat p.n.e.<ref>{{Cytuj stronę | url = http://www.yale.edu/egyptology/ae_alamat_wadi_horus.htm | tytuł = The Wadi of the Horus Qa-a: A Tableau of Royal Ritual Power in the Theban Western Desert | data dostępu = 2010-08-24 | autor = John Coleman Darnell | rok = 2006 | opublikowany = ''[[Yale]]'' | język = en}}</ref>. Pierwsze wzmianki o [[wiatrak]]ach znajdują się w [[Kodeks Hammurabiego|Kodeksie Hammurabiego]]<ref>{{Cytuj książkę | nazwisko = Sathyajith | imię = Mathew | tytuł = Wind Energy: Fundamentals, Resource Analysis and Economics | wydawca = Springer Berlin Heidelberg | rok = 2006 | strony = 1–9 | isbn = 978-3-540-30905-5 | język = en}}</ref>. Wiatraki te miały służyć do pompowania wody i melioracji pól. Najstarsze znane projekty wiatraków pochodzą z prac [[Heron z Aleksandrii|Herona z Aleksandrii]] z pierwszego wieku naszej ery<ref name="Drachmann">A.G. Drachmann, "Heron's Windmill", ''Centaurus'', 7 (1961), ss. 145-151</ref>. Wiatraki te miały pionową oś obrotu. Pierwsze wiatraki o poziomej osi obrotu, czyli takiej jaka jest obecnie najpopularniejsza, pojawiły się w Europie w XII wieku<ref name="Price2005">Lynn White Jr., ''Medieval technology and social change'' (Oxford, 1962) p. 87.</ref>. Pierwszym zapisem dotyczącym wiatraków na ziemiach polskich jest zezwolenie zakonnikom z [[Biały Buk|Białego Buku]] na jego budowę wydane przez księcia [[Wisław II|Wisława]] z Rugii w 1271 roku<ref>{{cytuj stronę | url = http://wiatraki1.home.pl/wiatraki/info/historia.php | tytuł = Wiatraki na ziemiach polskich | opublikowany = wiatraki.org.pl | data dostępu = 16 lutego 2012}}</ref>.

Pierwszą turbinę wiatrową skonstruował w 1887 roku i opatentował w 1891 roku [[Szkocja|szkocki]] wynalazca James Blyth<ref>{{Cytuj pismo | nazwisko = Price | imię = Trevor J | tytuł = James Blyth – Britain's first modern wind power engineer | url = http://www.ingentaconnect.com/content/mscp/wind/2005/00000029/00000003/art00002 | czasopismo = Wind Engineering | wolumin = 29 | wydanie = 3 | strony = 191–200 | data = 3 maja 2005 | doi = 10.1260/030952405774354921 | język = en}}</ref>. Używał jej do zasilania oświetlenia w swoim domu. Małe turbiny do generowania prądu dla wolnostojących domów rozpowszechniły się na początku XX wieku. Pierwsze przemysłowe turbiny, generujące 100 kW, wybudowano w 1931 roku w [[Związek Socjalistycznych Republik Radzieckich|ZSRR]]<ref>Alan Wyatt: ''Electric Power: Challenges and Choices''. Book Press Ltd., Toronto 1986, ISBN 0-920650-00-7</ref>. Przez wiele lat nie stanowiły one jednak konkurencji dla generatorów zasilanych paliwami kopalnymi. Pierwsze próby wykorzystania turbin wiatrowych na masową skalę były podejmowane w latach 70 XX wieku w odpowiedzi na [[kryzys naftowy]]. Do końca XX wieku nie stały się one jednak znaczących źródłem energii. W 1995 roku moc wszystkich zainstalowanych na świecie turbin wynosiła 4,5 GW i generowały one mniej niż 0,1% całkowitej zużywanej przez ludzkość energii elektrycznej<ref name=bp/>.


== Fizyka wiatru ==
== Fizyka wiatru ==

Wersja z 14:21, 16 lut 2012

Turbiny wiatrowe w Wildorado w Teksasie.
Energia odnawialna
Turbina wiatrowa
Turbina wiatrowa

Energia wiatru - energia kinetyczna przemieszczających się mas powietrza, zaliczana do odnawialnych źródeł energii. Jest przekształcana w energię elektryczną za pomocą turbin wiatrowych, jak również wykorzystywana jako energia mechaniczna w wiatrakach i pompach wiatrowych, oraz jako źródło napędu w jachtach żaglowych.

Historia

 Osobny artykuł: wiatrak.

Najstarszym znanym wykorzystaniem energii wiatru są łodzie żaglowe. Wiadomo, że były używane już w Starożytnym Egipcie około 3200 lat p.n.e.[1]. Pierwsze wzmianki o wiatrakach znajdują się w Kodeksie Hammurabiego[2]. Wiatraki te miały służyć do pompowania wody i melioracji pól. Najstarsze znane projekty wiatraków pochodzą z prac Herona z Aleksandrii z pierwszego wieku naszej ery[3]. Wiatraki te miały pionową oś obrotu. Pierwsze wiatraki o poziomej osi obrotu, czyli takiej jaka jest obecnie najpopularniejsza, pojawiły się w Europie w XII wieku[4]. Pierwszym zapisem dotyczącym wiatraków na ziemiach polskich jest zezwolenie zakonnikom z Białego Buku na jego budowę wydane przez księcia Wisława z Rugii w 1271 roku[5].

Pierwszą turbinę wiatrową skonstruował w 1887 roku i opatentował w 1891 roku szkocki wynalazca James Blyth[6]. Używał jej do zasilania oświetlenia w swoim domu. Małe turbiny do generowania prądu dla wolnostojących domów rozpowszechniły się na początku XX wieku. Pierwsze przemysłowe turbiny, generujące 100 kW, wybudowano w 1931 roku w ZSRR[7]. Przez wiele lat nie stanowiły one jednak konkurencji dla generatorów zasilanych paliwami kopalnymi. Pierwsze próby wykorzystania turbin wiatrowych na masową skalę były podejmowane w latach 70 XX wieku w odpowiedzi na kryzys naftowy. Do końca XX wieku nie stały się one jednak znaczących źródłem energii. W 1995 roku moc wszystkich zainstalowanych na świecie turbin wynosiła 4,5 GW i generowały one mniej niż 0,1% całkowitej zużywanej przez ludzkość energii elektrycznej[8].

Fizyka wiatru

Energia kinetyczna powietrza przelatującego przez powierzchnię A w czasie t określa się wzorem:

gdzie v to prędkość wiatru a ρ to gęstość powietrza. Avt określa objętość powietrza przelatującego przez powierzchnię A, Avtρ jego masę. Powierzchniowa gęstość mocy, czyli energia na jednostkę czasu i powierzchni, określa się wzorem

Moc ta jest więc zależna od trzeciej potęgi prędkości, co oznacza że wiatr o dwukrotnie większej prędkości może dostarczyć ośmiokrotnie więcej mocy. Dlatego lokalizacja turbin wiatrowych w miejscach gdzie wieją silne wiatry ma kluczowe znaczenie dla ich efektywności.

Nie cała energia kinetyczna wiatru może zostać wykorzystana przez turbinę. Wykorzystanie tej energii powoduje, że wiatr zwalnia, utrudniając dalszy napływ wiatru. Teoretycznie maksymalna efektywność turbiny może wynieść 59,3%[9]. W praktyce efektywność turbin jest niższa.

Dostępność energii

Źródłem energii kinetycznej wiatru jest energia światła słonecznego. Ponieważ Ziemia jest nierówno ogrzewana, a lądy nagrzewają się (i stygną) szybciej niż morza, na Ziemi cały czas tworzą się różnice temperatur. Wywołuje to prądy konwekcyjne w atmosferze, różnice ciśnień i cyrkulację powietrza. Szacuje się, że około 1% energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi przekształca się w energię wiatrów, co oznacza że sumaryczna ich moc może sięgać 900 TW[10]. Większość tej mocy należy do wiatrów wiejących na dużych wysokościach i nad oceanami. Ilość mocy jaka może być praktycznie wykorzystana jest szacowana, w zależności od metodologii, od 18 do 170 TW[11]. Dla porównania, całkowite zużycie energii przez ludzkość to 15 – 18 TW[10].

Produkcja energii elektrycznej

Przybrzeżna elektrownia wiatrowa na Morzu Północnym.
 Osobne artykuły: turbina wiatrowa i elektrownia wiatrowa.

Najpowszechniej stosowanym sposobem produkcji energii elektrycznej z wiatru są turbiny wiatrowe. Składają się one z wirnika zamontowanego na wysokiej wieży i połączonego z generatorem prądu. Ponieważ wiatry wiejące przy powierzchni Ziemi mają zwykle niewielką prędkość, moc generowanego prądu można zwiększać zarówno zwiększając średnicę wirnika jak i wysokość wieży. Ograniczeniem jest wytrzymałość materiałów z których zbudowana jest turbina. Największe współcześnie budowane turbiny mają wirniki o średnicy 164 metrów zamontowane na wieży o wysokości 187 metrów i umożliwiają wytwarzanie 7 MW mocy[12].

Ponieważ siła wiatru jest zmienna, turbiny wiatrowe przez większość czasu nie pracują z pełną dostępną mocą. Stosunek wytwarzanej energii do teoretycznie możliwej do wytworzenia przez daną turbinę (współczynnik wydajności) wynosi zwykle 20–40%, a najwyższe wyniki uzyskują turbiny umieszczone w szczególnie dogodnych miejscach[13]. Przykładowo 1 MW turbina o współczynniku wydajności 35% wytwarza w ciągu roku 1 × 0.35 × 24 × 365 = 3066 MWh, zamiast teoretycznie możliwych 1 × 24 × 365 = 8760 MWh.

Moc generowane przez turbiny może gwałtownie się zmieniać z godziny na godzinę w zależności od siły wiatru, dodatkowo ulegając zmianom dobowym i rocznym. Ponieważ odbiorcy energii elektrycznej nie chcą być uzależnieni od takich zmian, farmy wiatrowe muszą być wspomagane bądź przez klasyczne elektrownie, bądź przez systemy magazynowania energii takie jak elektrownia szczytowo-pompowa lub CAES[14]. Wykorzystanie energii słonecznej równocześnie z wiatrową może częściowo niwelować ten problem[15][16]. Wyże baryczne charakteryzują się czystym niebem i stosunkowo słabymi wiatrami przy powierzchni, natomiast niże baryczne są zwykle bardziej wietrzne i bardziej pochmurne. Podobnie na wielu obszarach najsilniejsze wiatry wieją w zimie, gdy energii słonecznej jest najmniej[17].

Przybrzeżne elektrownie wiatrowe

Farma wiatrowa Lillgrund w Szwecji.

Wiatry wiejące nad morzem są silniejsze i stabilniejsze niż wiejące nad lądami[18]. Uzasadnia to budowanie farm wiatrowych na dnie morskim, mimo wyższych kosztów infrastruktury i utrzymania. Farmy takie powstają w Belgii, Danii, Finlandii, Niemiec, Irlandii, Holandii, Norwegii, Szwecji i Wielkiej Brytanii. Do końca 2011 roku powstało ich kilkadziesiąt, o łącznej mocy ponad 3 GW[19].

Energetyka wiatrowa

Sumaryczna moc farm wiatrowych na świecie w kolejnych latach[20].

Od początku XXI wieku energetyka wiatrowa rozwija się w tempie 25-30% rocznie. Moc elektrowni wiatrowych wybudowanych do 2000 roku wynosiła 18 GW, do 2005 roku wynosiła 59 GW, a do 2010 roku wynosiła 199 GW[8]. W 2011 roku całkowita moc elektrowni wiatrowych wynosiła 239 GW[21].

Moc elektrowni wiatrowych na świecie w MW[21]
Kraj 2009 2010 2011
Chiny 25 810 44 733 66 733
USA 35 159 40 180 46 919
Niemcy 25 777 27 215 29 075
Hiszpania 18 865 20 676 21 637
Indie 11 807 13 065 15 800
Włochy 4 850 5 787 6 747
Francja 4 574 5 660 6 640
Wielka Brytania 4 245 5 203 6 018
Kanada 3 319 4 008 5 265
Portugalia 3 357 3 702 4 290

Zobacz też

  1. ↑ John Coleman Darnell: The Wadi of the Horus Qa-a: A Tableau of Royal Ritual Power in the Theban Western Desert. Yale, 2006. [dostęp 2010-08-24]. (ang.).
  2. ↑ Mathew Sathyajith: Wind Energy: Fundamentals, Resource Analysis and Economics. Springer Berlin Heidelberg, 2006, s. 1–9. ISBN 978-3-540-30905-5. (ang.).
  3. ↑ A.G. Drachmann, "Heron's Windmill", Centaurus, 7 (1961), ss. 145-151
  4. ↑ Lynn White Jr., Medieval technology and social change (Oxford, 1962) p. 87.
  5. ↑ Wiatraki na ziemiach polskich. wiatraki.org.pl. [dostęp 16 lutego 2012].
  6. ↑ Trevor J Price. James Blyth – Britain's first modern wind power engineer. „Wind Engineering”. 29 (3), s. 191–200, 3 maja 2005. DOI: 10.1260/030952405774354921. (ang.). 
  7. ↑ Alan Wyatt: Electric Power: Challenges and Choices. Book Press Ltd., Toronto 1986, ISBN 0-920650-00-7
  8. ↑ a b BP Statistical World Energy Review 2011. , 2011. BP. [dostęp 14 lutego 2012]. 
  9. ↑ Betz, A. (1966) Introduction to the Theory of Flow Machines. (D. G. Randall, Trans.) Oxford: Pergamon Press.
  10. ↑ a b Energy flow charts. Global Climate & Energy Project. [dostęp 9 lutego 2012]. (ang.).
  11. ↑ Anil Ananthaswamy and Michael Le Page: Power paradox: Clean might not be green forever. [w:] New Scientist [on-line]. 30 stycznia 2012. (ang.).
  12. ↑ Elektrownia wiatrowa o mocy 7 MW od Vestas. gramwzielone.pl, 4 kwietnia 2011. [dostęp 15 lutego 2012].
  13. ↑ Wind Power: Capacity Factor, Intermittency, and what happens when the wind doesn’t blow?
  14. ↑ The Future of Electrical Energy Storage: The economics and potential of new technologies 2/1/2009 ID RET2107622
  15. ↑ Wind + sun join forces at Washington power plant
  16. ↑ Small Wind Systems. Seco.cpa.state.tx.us. [dostęp 29 sierpnia 2010]. (ang.).
  17. ↑ Lake Erie Wind Resource Report, Cleveland Water Crib Monitoring Site, Two-Year Report Executive Summary. Green Energy Ohio, 10 stycznia 2008. [dostęp 27 listopada 2008]. (ang.).
  18. ↑ Madsen & Krogsgaard. Offshore Wind Power 2010
  19. ↑ Tildy Bayar: Wind Energy Markets: Experts See Solid Offshore Growth. [w:] Renewable Energy World [on-line]. 30 września 2011. (ang.).
  20. ↑ GWEC, Global Wind Report Annual Market Update. Gwec.net. [dostęp 14 maja 2011]. (ang.).
  21. ↑ a b World Market recovers and sets a new record: 42 GW of new capacity in 2011, total at 239 GW. 7 lutego 2012. [dostęp 15 lutego 2012]. (ang.).

Linki zewnętrzne

Szablon:Link FA

Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Energia_wiatru&oldid=29862472”