Objasnjenje

Energija vetra je kinetièka energija koju poseduje vazduh koji struji. Kolièina energije uglavnom zavisi od brzine vetra, ali je takoðe u manjoj meri zavisna od gustine vazuha, na koju utièu temperatura i pritisak vazduha i visina. Kod vetrogeneratora, snaga izlazne energije dramatièno raste sa porastom brzine vetra. Zbog toga je veæina najisplativijih vetrogeneratora locirana u vetrovitim oblastima. Na brzinu vetra utièe konfiguracija terena pa se zbog toga vetrogeneratori podižu na visokim tornjevima.

Vetrogeneratori proizvode obièno 40% od nominalne snage, ali pri optimalnim vetrovima taj procenat se može popeti i do 60%. Vetar je vazduh u kretanju. To kretanje je uslovljeno neravnomernim zagrevanjem Zemljine površine od strane Sunca. Pošto površinu Zemlje èine veoma razlièiti tipovi zemljišta i voda, oni na razlièite naèine absorbuju Sunèevu toplotu. Tokom dana, vazduh iznad tla se mnogo brže zagreva nego vazduh iznad vode. Topao vazduh iznad tla se širi i podiže, a teži, hladan vazduh dolazi na njegovo mesto stvarajuæi vetar. Noæu, vetar je obrnut zato što se vazduh iznad tla brže hladi od vazduha iznad vode.
Na isti naèin, snažni atmosferski vetrovi koji kruže oko Zemlje nastaju usled toga što se tlo u blizini ekvatora više greje nego tlo u blizini severnog i južnog pola. Dakle, energija vetra je samo drugi oblik energije Sunca. Raèuna se da se nešto manje od 3% energije Sunca koja padne na Zemlju pretvori u vetar.

Brzina vetra meri se anemometrom ili anemografom. U dosadašnjoj meteorološkoj praksi, najèešæe se koristi Fusov anemograf, koji meri pravac, srednju i trenutnu brzinu vetra. Sve tri velièine se registruju neprekidno na anemografskoj traci. Detektorski deo anemografa obièno se nalazi 10 m iznad tla, na stubu u krugu meteorološke stanice. U novije vreme, merenja podataka o vetru vrše se pomoæu digitalnih ureðaja za prikupljanje podataka jer standardni meteorološki podaci nisu dovoljno dobri za primenu u vetroenergetici.

Veoma je interesantan, pored pomenutih osnovnih velièina, i parametar koji definiše vetar, a to su udari vetra. Udar vetra je brzina vetra u trajanju od nekoliko sekundi. U Srbiji je dobro poznat severoistoèni vetar, košava koji ima èeste udare velikog intenziteta. Recimo, kada je srednja brzina deset metara u sekundi, udari dostižu i duplo veæu vrednost. Pravac ostaje isti i pri tim udarima.

Istorija korišæenja vetra

Pre više od pet hiljada godina, Egipæani su koristili vetar za pokretanje brodova na reci Nil. Kasnije su napravljeni mlinovi za mlevenje pšenice i drugog zrnevlja. Najstariji poznati su u Persiji ( Iranu ). Ti mlinovi su imali lopatice koje su izgledale kao velika okrugla vesla. Persijanci su koristili energiju vetra i za pumpanje vode.

Od starih Egipæana pa do otkriæa parne mašine, vetar se koristi za pokretanja jedrenjaka. Èak i sada, jedrilice paraju morima i rekama koristeci vetar.

Više vekova kasnije Holanðani su poboljšali osnovnu konstrukciju vetrenjaèa, uvodeæi krila u obliku elise i koristeæi na njima zategnuto platno. Oni su koristili vetrenjaèe za mlevenje i ispumpavanje vode pri osvajanju zemlje niže od nivoa mora.

Kolonisti u Americi su koristili vetrenjaèe za mlevenje žita, za vaðenje vode iz dubokih bunara, ali i za seèenje drva u strugarama. Oko 1920. Amerikanci koriste male vetrenjaèe i kao generatore elektriène struje. U isto vreme se na Krimu, na obali Crnog mora, podiže prvi višekilovatni vetrogenerator u Evropi.

Sporadièna korišæenja vetrenjaèa, za razne namene, nastavljaju se sve do velike energetske krize, sedamdesetih godina prošlog veka. Tada je svest o nedostatku nafte promenila energetsku sliku sveta i naglo poveæala interes za alternativne energetske izvore. To otvara put ponovog ulaska, na velika vrata, vetrenjaèa kao generatora elektriène energije.

Krajem avgusta 1985, tokom Svetske konferencije o vetroenergetici u San Francisku, na obližnjoj lokaciji Altamont Pas održana je sveèanost prilikom koje je struja iz vetrogeneratora dostigla vrednost energije iz milion barela nafte. To je jedna od tri najveæe lokacije vetrogeneratora u to vreme. Tih godina i u Evropi se krenulo u osvajanje vetroenergetskih tehnologija. Dosta su na tome radili Nemci, Italijani i Španci. Meðutim, najbolje elise su i dalje proizvodili Holanðani, a generatore Danci. U to vreme, danski izvoz u SAD je naglo rastao. Recimo, 1981. izvezli su 21 vetrogenerator, 1983. veæ 356, a dve godine kasnije 3100 vetrogeneratora ! Interesantno je da je jedna od vodecih danskih firmi koristila asinhrone motore koje je proizvodio „ Sever “ iz Subotice i ugraðivala ih u svoj finalni proizvod koji je pretezno izvožen u SAD.

Šta je vetrogenerator ( WEG )?

Vetroturbina je mašina za konverziju kinetièke energije vetra u mehanièku energiju. Ako se mehanièka energija koristi direktno u mašinama kao što su pumpe ili mašine za mlevenje žitarica, reè je mlinovima na vetar. Ako se mehanièka energija pretvara u elektriènu, reè je vetrogeneratorima.

Vetroturbine se mogu podeliti na dva tipa, po osnovu položaja ose oko koje se turbina okreæe. Najèešæe se koriste horizontalne turbine. Danas su najrasprostranjeniji vetrogeneratori sa elisom od tri krila, snage od 1 kw do 6 Mw. Kod ovih vetrogeneratora se prenosni sistem - reduktor i sam elektrièni generator nalaze na vrhu noseæeg tornja. Cela konstrukcija se, pomoæu senzora pravca vetra i servomotora, pokreæe tako da je elisa uvek okrenuta normalno na pravac duvanja vetra. Najsloženiji deo je menjaèka kutija koja pretvara lagano i neujednaèeno kretanje elise u brze okrete generatora stalne uèestanosti.

Korišæenje u svetu

U periodu od 1993. do 2001. srednji godišnji rast vetroenergetskih kapaciteta iznosio je 28,56%, a u poslednjih pet godina registrovan je priraštaj novih kapaciteta od 36% godišnje. U periodu od 1999. do 2005. instalisana snaga se više nego uèetvorostruèila.

Više desetina hiljada vetrogeneratora su u radu, a trenutno ( na dan 20. decembra 2006) instalirani kapaciteti iznose 58.982 MW, od kojih na Evropu otpada 69%. Najviše je instalacija u Nemaèkoj. Tamo je 2004. bilo instalisano 16.629 MW da bi danas naraslo na 19.267 MW. U Španiji je 2004. bilo 8.263 MW, a sada je 10.941 MW, u Velikoj Britaniji je 2004. bilo 888 MW da bi sada skoèilo na 1.953 MW. Najveæi skok zabeležen je u Francuskoj - sa 386 MW u 2004. sada je poraslo na 1500 MW, a u Portugalu sa 522 MW na 1.188 MW u istom periodu. Od istoènoevropskih zemalja veliki rast je u Poljskoj - od 63 MW na 107 MW, od 2004. do sada. Ne zaostaje ni Litvanija, koja ima preko 80 MW instaliranih kapaciteta.

SAD, posle poèetnog liderstva tokom osamdesetih, ukidanjem „ tax free “ stimulacije devedesetih, gube primat, da bi poslednjih godina beležili sistematski oporavak. Dok su 2004. imali instaliranih 6.725 MW, sada imaju 10.492 MW, s tim što se dinamièni rast iz Kalifornije seli u Teksas, Severnu Dakotu, a i na istoènu obalu. Od azijskih zemalja vodeæa je Indija sa 5.340 MW, sledi Kina sa 1260 MW, Japan sa preko 1000 MW, Tajvan i Južna Koreja imaju po preko 120 KW... Od afrièkih zemalja, najviše je napredovao Maroko sa 64 MW, a u Južnoj Americi programi tek poèinju da se razvijaju tako da Brazil od 24 MW u 2004. sada ima 79 MW instaliranih vetrogeneratora.

Vetrovi i struja u Srbiji

Zbog stalne energetske krize u Srbiji, vetroenergetika se pokazuje kao idealan novi kapacitet ; ima veoma kratak period investicione izgradnje, sezonska vršna proizvodnja poklapa se sa sezonskom vršnom potrošnjom i proizvodi se struja uz minimalno narušavanje životne sredine. Sredinom osamdesetih, bilo je više istraživaèkih projekata u oblasti novih i obnovljivih izvora energije. Meðu njima i vetroenergetike. Septembra 1987, na savetovanju o proizvodnji elektriène energije u okviru strategije razvoja energetike, dosta pažnje bilo je posveæeno alternativnim izvorima. Poznato je da su u našoj zemlji potencionalni lokaliteti za razvoj vetroenergetike planinski venci istoène Srbije, Vojvodina, planinske zaravni u centralnoj Srbiji i doline Dunava, Save i Morave. Trenutno se vrše sistematska merenja vetroenergetskih potencijala na više lokacija u Vojvodini, na desnim obalama Save i Dunava, a najdalje se otišlo u merenjima na Vlasini. Na izabranim lokacijama, više od godinu dana, vrše se sistematska ispitivanja a prouèena je i moguænost akumulacije elektriène energije preko reverzibilne hidroelektrane.

Merenja na Vlasini

Na slici se vidi da je u junu, kada je period slabijih vetrova, u prva dva dana srednja vrednost brzine 12 m / s, da je od 3. do 18. juna srednja vrednost brzina iznosila 4 m / s, a u periodu od 18. do 30. juna 2005. proseèna brzina je bila 8 m / s, što je veoma pogodno za korišæenje.

Rezultati uraðenih studija ukazuju da je vetar u Srbiji dobar resurs za proizvodnju elektriène energije. Po važeæim kriterijumima za ekonomiènu eksploataciju, može se eksploatisati na velikoj površini. Pri sadašnjem stepenu razvoja tehnologije, moguæe je instaliranje vetrogeneratora ukupnog kapaciteta do 1500 MW, što je oko 15% ukupnog energetskog kapaciteta Srbije. Ovi kapaciteti, uz pretpostavku niskog stepena iskorišæenja, mogu da proizvedu 2,4 TWh elektriène energije godišnje.

Izbor lokacije

U primorskim zemljama, uz obalu ili na planinskim prevojima uz more, stalno duvaju vetrovi pa izbor lokacije nije težak. U kontinentalnim zemljama, posebno u planinskim oblastima, na samo stotinak metara, smenjuju se zavetrine i brisani prostori, gde vetar snažno duva. Naši meteorolozi razvili su u svetu priznat metod modeliranja vazdušnih strujanja, pre svega radi taènijih vremenskih prognoza. Meðutim, modeliranje je našlo primenu i u vetroenergetici. Pomoæu modela grubo su predviðene oblasti u Srbiji interesantne za vetroenergetiku. Za njih se izraðuje numerièki model uz utvrdjivanje uticaja svih prepreka i odreðuje se merno mesto jednog ili više mernih stubova. Merni stub visine 50 m ili viši postavlja se na izabrano mesto i vrše se merenja duga više meseci ako se ona mogu korelisati sa podacima okolnih meteoroloških stanica, odnosno najmanje 18 meseci do dve godine, ako to nije moguæe.

Merni stub

Stub visine 50 m košta nešto manje od 5000 eur. Opremljen je sa 4 kalibrisana meraèe brzine vetra, od kojih se dva postavljaju na vrhu, jedan na 40 m, a jedan na 30 m. Za tri pokazivaèa pravca vetra, senzor relativne vlažnosti, temperaturni senzor, ureðaj za prikupljanje, primarnu obradu i skladištenje podataka, potrebne elektiène i kablove za zatezanje stuba treba izdvojiti još toliko. Znaèi, za opremanje jednog mernog mesta treba uložiti nešto manje od 10.000 eur, ne raèunajuæi troškove transporta i postavljanja stuba.

Cena energije

Cena elektriène energije dobijene od vetra uporediva je sa cenom elektriène energije dobijene iz fosilnih goriva. Meðutim, cena elektriène energije u Srbiji je veoma niska. Recimo, u Italiji ona iznosi 141 eur / MWh, u Portugaliji i Nemaèkoj 128 eur, u veæini evropskih zemalja izmeðu 84 i 91 eur, u Hrvatskoj 73 eur, a u Srbiji je nešto manja od 38 eur / MWh.

Prednosti i mane vetrogeneratora

Prednosti: vetar je slobodan i obnovljiv izvor i farme vetrogeneratora ne troše nikakvo gorivo, pri proizvodnji struje vetrogeneratorima nema nikakvih otpadaka niti se stvaraju gasovi staklene bašte, zauzete površine ovim ureðajima mogu se normalno koristiti u poljoprivredi, vetroenergetske farme predstavljaju i turistièku atrakciju, vetrogeneratori su dobar naèin da se od mreže udaljeni potrošaèi snabdevaju elektriènom energijom.

Mane: vetar je neujednaèen i nema ga uvek pa tada vetrogeneratori ili ne rade ili daju manju snagu, najpogodnija mesta su obièno na obalama mora i reka ili u planinama, pa je u prvom sluèaju zakup zemlje skup, a u drugom je poveæano ulaganje u izgradnju. Ima ljudi koji smatraju da pokrivanje terena vetrenjaèama narušava izgled predela, mogu da predstavljaju opasnost za ptice, posebno ako su podignuti na pravcima njihovih seoba, rad vetrogeneratora može da ometa prijem televizijskog signala, vetrogeneratori proizvode stalan, slab i neprijatan šum.

Rad

Na snagu vetra utièu: hrapavost tla, prirodne ili veštaèke prepreke i orografija. Rad vetrogeneratora može biti bitno uveæan ukoliko se WEG locira izmedju dve prepreke ili dve planinske padine ( tunel efekat ). Poveæanja brzine mogu da budu i preko 30% u odnosu na okolinu. Jedan od uobièajenih lociranja WEG je na vrhovima brda gde se poveæavaju gustina i brzina vazduha koji struji.

Efikasnost rada zavisi od srednje brzine vetra i uèestanosti. Usled diskontinuirane prirode vetra, stepen iskorišæenja kapaciteta WEG je niži nego kod konvencionalnih elektrana i krece se izmeðu 20 i 40% u odnosu na instaliranu snagu. Vetar jako varira, pri èemu se promene brzine javljaju i usled ovog ili onog godišnjeg doba. U našim uslovima vetrovi su najjaèi zimi, kada je najveæa potrošnja elektriène energije, pa WEG mogu da služe kao vršni kapaciteti.

Znaèajni parametri za proizvodnju elektriène energije su: brzina vetra, opredeljujuæi pravac, uèestanost brzina, uèestanost tišine, gustina vazduha. Tipièna varijacija vetra obièno se opisuje Weibull - ovom distribucijom. Sabiranjem svake brzine pomnožene sa verovatnoæom njenog pojavljivanja dobija se srednja brzinu u posmatranom periodu.