ЕНЕРГИЈА ВЕТРА

ШТА ЈЕ ВЕТАР ?

Ветар је појава кретања ваздуха као последица различитих атмосферских притисака између две локације.
Ветар се може упоредити са током воде (било као река, било као водопад), кретањем тела (нпр. куглице) низ стрму раван или слободан пад, са струјом у металном проводнику... увек је у питању кретање као последица различитих потенцијала.
Ваздух који се креће слично воденој струји, некад брже, некад спорије-то је ветар. Ветар је ваздух у кретању. То кретање је условљено неравномерним загревањем Земљине површине од стране Сунца. Пошто површину Земље чине веома различити типови земљишта и вода, они на различите начине апсорбују Сунчеву топлоту. Током дана, ваздух изнад тла се много брже загрева него ваздух изнад воде. Топао ваздух изнад тла се шири и подиже, а тежи, хладан ваздух долази на његово место стварајући ветар.
На исти начин, снажни атмосферски ветрови који круже око Земље настају услед тога што се тло у близини екватора више греје него тло у близини северног и јужног пола. Дакле, енергија ветра је само други облик енергије Сунца. Рачуна се да се нешто мање од 3% енергије Сунца која падне на Земљу претвори у ветар.
Ветар је самим тим појава кретања ваздуха као последица различитих атмосферских притисака између две локације. Настаје услед различитог атмосферског притиска и другачије густине појединих слојева ваздуха.

ВРСТЕ ВЕТРОВА

          Постоје ветрови који дувају повремено, нпр. монсуни. Монсун је сезонски ветар у Јужној Азији  који целе зиме дува са севера и доноси сушу, јаке зимске хладноће и за људе и за биљке, а преко лета мења правац, са океана дува доносећи кишу као радост. Овај ветар дува у Кини и Индији.
Стални ветрови, као сто су пасати, дувају стално у истом правцу изнад тропских предела. Тропски појас је преко целе године најтоплији на Земљи. Зато се ваздух загрејан зрацима врелог сунца диже,а на његово место долазе свежије струје са севера или југа. Услед земљиног обртања, ти стални ветрови скрећу са свог првобитног правца. Авиони се труде да што боље искористе те ветрове, па бирају путеве на којима би их носили пасати када год је то могуће.
Локални ветрови су:

• Хладни маестрал, који дува долином реке Роне у Француској и на Јадранском приморју;
• Швајцарски фен, који је сув и изазива лавине;
• Широко, у Северној Африци долази из пустиње и веома је врео. Код нас га зову Широко или југо, доноси буру и много кише;
• Кошава, дува са Карпата и захвата источни део Србије,“чистач Београда“;
• Северац – дува из панонске низије из Мађарске, северна Војводина, хладан;
• Развигор - је пролећни ветар који „развија гору“;
• Бура – јак ветар који дува са копна на мора – северна Далмација;
• Ураган
• Торнадо
• Антипасати
• Вардарац
• итд.

 Ветрови великих брзина, као што су торнадо или ураган, могу имати катастрофалне последице по човека и његову околину.
Такође, значајан је утицај ветра на здравље човеково. Ветар игра позитивну улогу у погледу чистоће ваздуха који удишемо, а нарочито у великим градовима, где се ветрови називају „чистачима“ загађеног ваздуха који настаје као последица аутомобилских издувних гасова и различитих сагоревања. Постоје градови у којима ветра нема или га је врло мало, тако да се због повећаног смога с времена на време проглашава „смог аларм“ и забрањује кретање путничким возилима у деловима града као што је центар. У овакве градове спада Берлин, а ове мере умеју да потрају и данима.
Међутим, доказано је да ветар који траје дуго, данима и недељама, изазива у већој или мањој мери нервно растројство. У долини реке Роне, у Француској, познат је ветар који дува око три месеца годишње. Статистички је доказано да се број злочина у том периоду рапидно повећава. Чак се на суду као олакшавајућа околност узима да се злочин десио у доба године када дува тај ветар.
Ветар утиче и на обликовање народних веровања. У Србији постоји веровање да су неки „људи ветрењаци“. То су вероватно, иначе нервно лабилне особе, које за време „док дува ветар“ могу „долетети“ и срушити вам оџак. Те особе су углавном повучене и ћутљиве и „треба их избегавати“ и „не љутити“!

МЕРЕЊЕ ВЕТРА

 Свака метеоролошка станица као један од основних параметара, поред температуре, влажности, броја сунчаних сати, мери и брзину ветра. Брзина ветра се изражава обично као колико километара на сат, али постоји начин да се брзина изражава у бофорима.
Брзина ветра мери се анемометром или анемографом. У досадашњој метеоролошкој пракси, најчешће се користи Фусов анемограф, који мери правац, средњу и тренутну брзину ветра. Све три величине се региструју непрекидно на анемографској траци. Детекторски део анемографа обично се налази 10 m изнад тла, на стубу у кругу метеоролошке станице. У новије време, мерења података о ветру врше се помоћу дигиталних уређаја за прикупљање података јер стандардни метеоролошки подаци нису довољно добри за примену у ветроенергетици.
Веома је интересантан, поред поменутих основних величина, и параметар који дефинише ветар, а то су удари ветра. Удар ветра је брзина ветра у трајању од неколико секунди. У Србији је добро познат североисточни ветар, кошава који има честе ударе великог интензитета. Рецимо, када је средња брзина десет метара у секунди, удари достижу и дупло већу вредност. Правац остаје исти и при тим ударима.
Значајни параметри за производњу електричне енергије су: брзина ветра, опредељујући правац, учестаност брзина, учестаност тишине, густина ваздуха. Типична варијација ветра обично се описује Weibull-ovom дистрибуцијом. Сабирањем сваке брзине помножене са вероватноћом њеног појављивања добија се средња брзину у посматраном периоду.

ЕНЕРГИЈА ВЕТРА – ЕОЛСКА ЕНЕРГИЈА

Енергија ветра је кинетичка енергија коју поседује ваздух који струји. Количина енергије углавном зависи од брзине ветра, али је такође у мањој мери зависна од густине ваздуха, на коју утичу температура и притисак ваздуха и висина.
За коришћење енергије ветра неопходно је постављање мерног стуба. Нпр. стуб висине 50 м, опремљен је са 4 калибрисана мераче брзине ветра, од којих се два постављају на врху, један на 40 м, а један на 30 м. За три показивача правца ветра, сензор релативне влажности, температурни сензор, уређај за прикупљање, примарну обраду и складиштење података. Потребни су електични каблови за затезање стуба. Значи, за опремање једног мерног места треба уложити, не рачунајући трошкове транспорта и постављања стуба.
Ветротурбина је машина за конверзију кинетичке енергије ветра у механичку енергију. Ако се механичка енергија претвара у електричну, реч је о ветрогенераторима.

 ИСТОРИЈА ПРИМЕНА ЕНЕРГИЈЕ ВЕТРА

Пре више од пет хиљада година, Египћани су користили ветар за покретање бродова на реци Нил. Касније су направљени млинови за млевење пшенице и другог зрневља. Најстарији познати су у Персији ( Ирану ). Ти млинови су имали лопатице које су изгледале као велика округла весла. Персијанци су користили енергију ветра и за пумпање воде.
Од старих Египћана па до открића парне машине, ветар се користи за покретања једрењака. Чак и сада, једрилице парају морима и рекама користећи ветар.
Више векова касније Холанђани су побољшали основну конструкцију ветрењача, уводећи крила у облику елисе и користећи на њима затегнуто платно. Они су користили ветрењаче за млевење и испумпавање воде при освајању земље ниже од нивоа мора.
Колонисти у Америци су користили ветрењаче за млевење жита, за вађење воде из дубоких бунара, али и за сечење дрва у стругарама. Око 1920. Американци користе мале ветрењаче и као генераторе електричне струје. У исто време се на Криму, на обали Црног мора, подиже први вишекиловатни ветрогенератор у Европи.
Спорадична коришћења ветрењача, за разне намене, настављају се све до велике енергетске кризе, седамдесетих година прошлог века. Тада је свест о недостатку нафте променила енергетску слику света и нагло повећала интерес за алтернативне енергетске изворе. То отвара пут поновог уласка, на велика врата, ветрењача као генератора електричне енергије.
Крајем августа 1985-е, током Светске конференције о ветроенергетици у Сан Франциску, на оближњој локацији Алтамонт Пас одржана је свечаност приликом које је струја из ветрогенератора достигла вредност енергије из милион барела нафте. То је једна од три највеће локације ветрогенератора у то време. Тих година и у Европи се кренуло у освајање ветроенергетских технологија. Доста су на томе радили Немци, Италијани и Шпанци. Међутим, најбоље елисе су и даље производили Холанђани, а генераторе Данци. У то време, дански извоз у САД је нагло растао. Рецимо, 1981. извезли су 21 ветрогенератор, 1983. већ 356, а две године касније 3100 ветрогенератора ! Интересантно је да је једна од водећих данских фирми користила асинхроне моторе које је производио „ Север „ из Суботице и уграђивала их у свој финални производ који је претезно извожен у САД.
Ветроенергетика претвара кинетичку енергију којом располаже ветар у корисније облике енергије као сто су механичка и електрична. Ветроенергетика не загађује и неограничена је јер се обнавља. Она не користи гориво, не производи гасове стаклене баште, од ње нема отровног или радиоактивног отпада. Код ветрогенератора, снага излазне енергије драматично расте са порастом брзине ветра. Због тога је већина најисплативијих ветрогенератора лоцирана у ветровитим областима. На брзину ветра утиче конфигурација терена па се због тога ветрогенератори подижу на високим торњевима.
На снагу ветра утичу: храпавост тла, природне или вештачке препреке и орографија. Рад ветрогенератора може бити битно увећан уколико се WEG лоцира измедју две препреке или две планинске падине ( тунел ефекат ). Повећања брзине могу да буду и преко 30% у односу на околину. Један од уобичајених лоцирања WEG је на врховима брда где се повећавају густина и брзина ваздуха који струји.

Ефикасност рада зависи од средње брзине ветра и учестаности. Услед дисконтинуиране природе ветра, степен искоришћења капацитета WEG је нижи него код конвенционалних електрана и креће се између 20 и 40% у односу на инсталирану снагу. Ветар јако варира, при чему се промене брзине јављају и услед овог или оног годишњег доба. У нашим условима ветрови су најјачи зими, када је највећа потрошња електричне енергије, па WEG могу да служе као вршни капацитети.
Потребе за енергијом расту изванредним темпом, количина енергије ветра, која се може технички искористити, бар приближно може да задовољи те потребе. Ова дилема је рашчишћена, али и оперативна мерења и израчунавања енергије ветра у различитим подручјима света (European Wind Atlas), данас у свету износи 25 GW инсталиране снаге. Подаци показују да изразито ветровита подручја, као нпр. Ирска, имају потенцијал енергије ветра чак око сто пута већи од савремене производње електричне енергије. Чак и земље са великом производњом енергије имају потенцијал ветра који премашује садашњу производњу.
Коришћење ове енергије оријентисано је данас у првом реду на производњу електричне енергије. При томе је могуће више приступа. Први је у томе да се мали ветрогенератори снаге 10 до 50 kW користе аутономно за снабдевање издвојених локалитета. Чешће се примењује и има далеко већи значај, организовање тзв. паркова ветра који представљају комплексе од више стотина ветрогенератора снаге од око 500kW. Инсталирана снага таквог еолског парка еквивалентна је снази једне термо или хидроелектране.
Појединачни ветрогенератори или паркови ветра могу да се интегришу у електро – дистрибутивни систем земље. Тиме се парира неравномерност интензитета ветра која намеће потребу складиштења енергије. У периодима када парк ветра производи више енергије него што је потребно њеним непосредним потрошачима, вишак енергије иде у електродистрибутивну мрежу, која у том периоду смањује интензитет рада класичних електрана. Паркови ветра могу да буду веома корисне електро - дистрибутивном систему и у периодима шпицева потрошње. На пример када је услед јаког ветра повећана потреба за грејањем, управо укључивање ветрогенератора у електросистем доприноси решењу проблема. У многим земљама паркови ветра већ су постали природан и равноправан члан електроенергетског система.
Процене расположиве енергије ветра, дате на недовољно детаљним картама, обично не приказују мање територије са јаким локалним ветровима. Ако су ти ветрови слабији у току одређене сезоне, или су локалитети у подручјима која иначе немају јаке ветрове, шансе да се открију места са већим енергетским потенцијалом још су мање.
Таква подручја, нетипична за јаке сталне ветрове, су равнице окружене планинама. Па ипак, у једном таквом подручју, као што је Подунавље, дува у зимском делу године врло јак и дуготрајан ветар. Једно мало подручје, ширине једва сто километара, тзв. кошавско подручје, располаже значајним енергетским потенцијалом.

ВЕТРОВИ КАО ИЗВОР ЕНЕРГИЈЕА У СРБИЈИ

Резултати урађених студија указују да је ветар у Србији добар ресурс за производњу електричне енергије. По важећим критеријумима за економичну експлоатацију, може се експлоатисати на великој површини.
Због сталне енергетске кризе у Србији, ветроенергетика се показује као идеалан нови капацитет, има веома кратак период инвестиционе изградње, сезонска вршна производња поклапа се са сезонском вршном потрошњом и производи се струја уз минимално нарушавање животне средине. Средином осамдесетих, било је више истраживачких пројеката у области нових и обновљивих извора енергије. Међу њима и ветроенергетике. Септембра 1987, на саветовању о производњи електричне енергије у оквиру стратегије развоја енергетике, доста пажње било је посвећено алтернативним изворима. Познато је да су у нашој земљи потенционални локалитети за развој ветроенергетике планински венци источне Србије, Војводина, планинске заравни у централној Србији и долине Дунава, Саве и Мораве. Тренутно се врше систематска мерења ветроенергетских потенцијала на више локација у Војводини, на десним обалама Саве и Дунава, а најдаље се отишло у мерењима на Власини. На изабраним локацијама, врше се систематска испитивања а проучена је и могућност акумулације електричне енергије преко реверзибилне хидроелектране.

Мерења на Власини показују у јуну, када је период слабијих ветрова, у прва два дана средња вредност брзине је 12 m/s, од 3. до 18. јуна средња вредност брзина износила 4 m/s, а у периоду од 18. до 30. јуна 2005. просечна брзина је била 8 m/s, што је веома погодно за коришћење.
Резултати урађених студија указују да је ветар у Србији добар ресурс за производњу електричне енергије. По важећим критеријумима за економичну експлоатацију, може се експлоатисати на великој површини. При садашњем степену развоја технологије, могуће је инсталирање ветрогенератора укупног капацитета до 1500 МW, што је око 15% укупног енергетског капацитета Србије. Ови капацитети, уз претпоставку ниског степена искоришћења, могу да произведу 2,4 ТWh електричне енергије годишње.
Важан је избор локације. У приморским земљама, уз обалу или на планинским превојима уз море, стално дувају ветрови па избор локације није тежак. У континенталним земљама, посебно у планинским областима, на само стотинак метара, смењују се заветрине и брисани простори, где ветар снажно дува. Наши метеоролози развили су у свету признат метод моделирања ваздушних струјања, пре свега ради тачнијих временских прогноза. Међутим, моделирање је нашло примену и у ветроенергетици. Помоћу модела грубо су предвиђене области у Србији интересантне за ветроенергетику. За њих се израђује нумерички модел уз утврђивање утицаја свих препрека и одређује се мерно место једног или више мерних стубова. Мерни стуб висине 50 m или виши поставља се на изабрано место и врше се мерења дуга више месеци ако се она могу корелисати са подацима околних метеоролошких станица, односно најмање 18 месеци до две године, ако то није могуће.

ИНТЕРЕСАНТНО

Ветар се користи за различите спортске активности и забаву. Користе се „змајеви“, падобрани већих површина којима се може управљати, једрилице (пловила), једрилице (за летење) и сл...

Постоји електрана на ветар (ветрењача) у америчкој војној бази у заливу Гвантанамо, на Куби.

ПРЕДНОСТИ И НЕДОСТАЦИ

Ветар је обновљиви извор енергије (скраћеница енгл. RES од енгл. Renewable energy sources) некада означавани и као трајни енергетски извори. Обновљиви извори енергије представљају енергетске ресурсе који се користе за производњу електричне енергије или топлотне енергије, односно сваки користан рад, а чије резерве се константно или циклично обнављају.
Сам назив обновљиви, као и трајни, потиче од чињенице да се енергија троши у износу који не премашује брзину којом се ствара у природи. Неки пут се међу обновљиве изворе енергије сврставају и они извори за које се тврди да су резерве толике да се могу експлоатисати милионима година. Ово је у супротности са необновљивим изворима којима су резерве процењене на десетине или стотине година, док је њихово стварање трајало десетинама милиона година.
Ветар је слободан и обновљив извор и фарме ветрогенератора не троше никакво гориво, при производњи струје ветрогенераторима нема никаквих отпадака нити се стварају гасови стаклене баште, заузете површине овим уређајима могу се нормално користити у пољопривреди, ветроенергетске фарме представљају и туристичку атракцију, ветрогенератори су добар начин да се од мреже удаљени потрошачи снабдевају електричном енергијом.

 Ветар је неуједначен и нема га увек па тада ветрогенератори или не раде или дају мању снагу, најпогоднија места су обично на обалама мора и река или у планинама, па је у првом случају закуп земље скуп, а у другом је повећано улагање у изградњу. Има људи који сматрају да покривање терена ветрењачама нарушава изглед предела, могу да представљају опасност за птице, посебно ако су подигнути на правцима њихових сеоба, рад ветрогенератора може да омета пријем телевизијског сигнала, ветрогенератори производе сталан, слаб и непријатан шум.
Један од најнеповољнијих аспеката еолске електране јесте тај што имају варијабилну и стохастичку производњу (производњу која се не може предвидети). Због овог разлога не би требало да удео еолских електрана пређе 10% у снази свих електрана електроенергетског система. Мада и ово нису стриктне вредности пошто већ постоје државе где удео електрана на ветар прелази 10% нпр. Данска. Удео ових електрана могуће је повећати ако се осигура акумулисање енергије. Нека од могућих решења јесу комбиновања еолских електрана са пумпно-акумулационим постројењима или соларним електранама. Вишак електричне енергије добијене из ветрогенератора могуће је искористити за компресију ваздуха који се затим ускладишти у надземним или подземним резервоарима. У погодном тренутку тај се ваздух може искористити за покретање турбина. Вишак електричне енергије се може употребити и за електролизу воде, а добијени хидроген може послужити као гориво у нпр. горивним ћелијама. На овај начин постиже се временска независност између производње електричне енергије у електро-енергетском систему и потрошње потрошача. Међутим ни једно од ових решења није повољно јер трошкови изградње електрана других типова уз електрану на ветар или трошкови ускладиштења енергије могу бити већи од трошкова изградње саме еолске електране.
Када је реч о будућој тенденцији цена, постоји више фактора који изазивају стални пад цене еолско-енергетског система:
-Тренд ка већим турбинама
-Пад цене изградње инфраструктуре
-Могућа редукција цене сировина

Подаци из Европске студије о обновљивој енергији показују да ветар може постати један од најјефтинијих обновљивих извора енергије, са ценом енергије у оквиру цене из термалних извора.
За еолске турбине процењено је да ће цена падати за 8%-15% за свако удвостручење производње. Уз свако усавршавање технологије, бољег разумевања оптерећења ветра и особина материјала цена ће падати још и више.
Најновија Европска студија о обновљивој енергији (TERES II) долази до закључка да ће будући развој и истраживања омогућити значајна технолошка унапређења и процењује да ће до 2020. капитални трошкови бити 50-75% од данашњег нивоа. Све ово ће омогућити да се подижу еолске електране и на локацијама са нижим брзинама ветра.  

ЗАКЉУЧАК

Подаци указују да би еолска енергија у будућности могла постати једна од најекономичнијих, а самим тим много више коришћена, обзиром да необновљивих ресурса енергије расту цене, смањују се залихе. Повећани захтеви за гасом, и његове мале резерве већ имају утицај на његову цену, угља има релативно доста али повећани захтеви из трећег света, нарочито из Индије и Кине, могу повећати његову цену.

ЛИТЕРАТУРА

1 Текстови Проф. др Марка Поповића, нашег водећег стручњака у ветроенергетици
2 ЕТФ, студентски радови
3 www.zdravlje.org.yu
4 Ненад Ђајић, Енергија за одрживи свет, Београд, 2002,
5 Дечје свезнање

preuzmi seminarski rad u wordu » » »

Besplatni Seminarski Radovi