Tehnicki fakultet
Istorija korišćenja vetra
Pre više od pet hiljada godina, Egipćani 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 Egipćana pa do otkrića parne mašine, vetar se koristi za pokretanja
jedrenjaka. Čak i sada, jedrilice paraju morima i rekama koristeci vetar.
Više vekova kasnije Holanđani su poboljšali osnovnu konstrukciju vetrenjača,
uvodeći krila u obliku elise i koristeći na njima zategnuto platno. Oni su koristili
vetrenjače za mlevenje i ispumpavanje vode pri osvajanju zemlje niže od nivoa
mora.
Kolonisti u Americi su koristili vetrenjače za
mlevenje žita, za vađenje vode iz dubokih
bunara, ali i za sečenje drva u strugarama. Oko
1920. Amerikanci koriste male vetrenjače i
kao generatore električne struje. U isto vreme
se na Krimu, na obali Crnog mora, podiže prvi
višekilovatni vetrogenerator u Evropi.
Sporadična korišćenja vetrenjača, 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 povećala interes za alternativne energetske izvore. To otvara put
ponovog ulaska, na velika vrata, vetrenjača kao generatora električne energije.
Krajem avgusta 1985, tokom Svetske konferencije o vetroenergetici u San
Francisku, na obližnjoj lokaciji Altamont Pas održana je svečanost prilikom
koje je struja iz vetrogeneratora dostigla vrednost energije iz milion barela
nafte. To je jedna od tri najveće 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. Međutim, najbolje elise su i dalje
proizvodili Holanđani, a generatore Danci. U to vreme, danski izvoz u SAD je
naglo rastao. Recimo, 1981. izvezli su 21 vetrogenerator, 1983. već 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 ugrađivala ih u svoj finalni proizvod koji je pretezno izvožen u SAD.
Vetar predstavlja neiscrpan ekološki izvor energije čiji globalni potencijal
višestruko prevazilazi svetske potrebe za električnom energijom. Oko 2%
Energija vetra
1
Tehnicki fakultet
dozračene sunčeve energije se pretvori u vetar. Korišćenje energije vetra u
proizvodnji električne energije je počelo da se razvija tridesetih godina
dvadesetog veka i tada je počela izgradnja prvih vetroelektrana – postrojenja
za elektromehaničku konverziju energije vetra. Proizvodnja električne energije
iz vetra u to vreme je bila neefikasna, nepouzdana i skupa. Sa razvojem velikih
hidroelektrana i termoelektrana vetroelektrane su brzo pale u zaborav. Velika
energetska kriza sedamdesetih godina prošlog veka, a kasnije i sve ozbiljniji
globalni ekološki problemi su doveli do renesanse vetroelektrana. Danas
vetroenergetika predstavlja granu energetike koja se najbrže razvija, kako u
pogledu tehnologije, tako i u pogledu porasta instalisanih vetroelektrana u
svetu. Najveći doprinos razvoju moderne vetroenergetike dala je Danska u
kojoj je industrija vetrogeneratora postala jedna od vodećih industrija.
Snaga pokretnog vazduha
Vetroenergetika pretvara kinetičku energiju kojom
raspolaže vetar u korisnije oblike energije kao sto su
mehanička i električna. Vetroenergetika ne zagađuje i
neograničena je jer se obnavlja. Ona ne koristi gorivo, ne
proizvodi gasove staklene bašte, od nje nema otrovnog ili radioaktivnog otpada.
Energija vetra je kinetička energija koju poseduje vazduh koji struji. Količina
energije uglavnom zavisi od brzine vetra, ali je takođe u manjoj meri zavisna od
gustine vazuha, na koju utiču temperatura i pritisak vazduha i visina. Kod
vetrogeneratora, snaga izlazne energije dramatično raste sa porastom brzine
vetra. Zbog toga je većina najisplativijih vetrogeneratora locirana u vetrovitim
oblastima. Na brzinu vetra utiče konfiguracija terena pa se zbog toga
vetrogeneratori podižu na visokim tornjevima.
Vetrogeneratori proizvode obično 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 čine
veoma različiti tipovi zemljišta i voda, oni na različite načine absorbuju
Sunčevu 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 stvarajući vetar. Noću, vetar je obrnut zato što
se vazduh iznad tla brže hladi od vazduha iznad vode.
Energija vetra
2
Tehnicki fakultet
Povoljnost vetrogeneratora sagledava se i u zauzeću manjih površina zemljišta u
odnosu na
termoelektrane i hidroelektrane gde se zbog kopova, deponija i saobraćajnica
zauzimaju velike površine a u slučaju hidroelektrana potapaju velike površine
često najplodnijeg zemljišta.
Naša zemlja se nalazi na južnoj granici zone zapadnih vetrova, ali zbog
specifičnog položaja
planinskih sistema i kontinentalno-mediteranskog odnosa, veliki značaj imaju
vetrovi sa istočnom komponentom, kao što su bura, jugo, košava, i sl.
Količina energije koju vetar predaje rotoru zavisi od gustine vazduha, površine
rotora i brzine vetra. Vetroturbina dobija snagu pretvaranjem sile vetra u silu
koja deluje na lopatice rotora.
Osnovni nedostaci vetra kao energenta jesu promenjljivost brzine i smera vetra.
Oscilacije brzine mogu biti veoma velike i česte, pa se intenzitet vetra ne može
smatrati konstantnim ni tokom jednog časa.
Takođe su prisutna razdoblja malih brzina vetra koja se ne mogu energetski
koristiti.
Vetar dostiže maksimalnu brzinu na visinama od oko 10km. Promene inteziteta
vetra sa visinom posebno su izražene do 100m. Tako, npr. brzina vetra na visini
od 100m je za 1,5 do 2,5 puta veća od brzine vetra na 10m. Vazduh pri izlasku
iz vetroturbine ima određenu brzinu, pa je jasno da se ne može u potpunosti
iskoristiti raspoloživa kinetička energija vazdušnog strujanja. Maksimalno
raspoloživa je energija koja
odgovara razlici brzina ispred i iza vetroturbine. Koliko će se energije iskoristiti
zavisi od vrste turbine i brzine vetra. Istraživanja su pokazala da se maksimalno
iskorišćava snaga vetra u slučaju da je brzina vetra iza vetroturbine jednaka 1/3
brzine vetra ispred nje. Tako se iskorišćava 16/27 ukupne kinetičke brzine vetra
(ili 0.593). Zato je iskoristiva snaga vetra, koju možemo nazvati teorijskom
snagom.
Energija vetra
4
