Energija vetra: horizontalne i vertikalne vetroturbine

1.    UVOD

Vetar je horizontalno strujanje vazdušnih masa nastalo usled razlike temperature, odnosno prostorne razlike u vazdušnom pritisku. Vetar je posledica Sunčevog zračenja,tj. energija vetra je transformisani oblik Sunčeve energije, a na njegove karakterisitke u velikoj meri utiču i geografski činioci.

Iako se samo 3% energije Sunca dospele na površinu planete pretvara u kretanje vazdušnih masa, snaga nije zanemarljiva. Naprotiv, radi se o ogromnoj količini energije dostupne svuda, više ili manje, uz jednu pogodnost da je ima na jako nepristupačnim mestima svih 24h. To ih je učinilo jako atraktivnim i investiciono privlačnim, a zemlju bogatijom. U Evropi projekat da se eksploatise energija vetra je u punom mahu, ali na Balkanskom poluostrvu to, kao po običaju, nešto kasni ali u najavi su ozbiljni koraci.
Energija vetra je bazirana na kretanju vazduha, tj. kinetičkoj energiji vazdušne mase koja se kreće na visini do 150m od same površine tla (najveća visina vetrenjače). Naravno, ovo je samo jedan mali deo kretanja vazduha ali jedino on može biti korišćen zbog tehničkih rešenja principa konverzije. Energija koja se tom prilikom dobija zavisi od brzine vetra (dobijena energija raste sa porastom brzine vetra), ali kako izraz za kinetičku energiju kaže zavisi i od mase vazduha, upošteno govoreći, preciznije, od gustine vazdušnog fluida kao što je prikazano izrazom 1. Na samu gustinu utiču temperatura i pritisak vazduha, kao i visina. Pored fizičkih parametara na brzinu vetra utiče reljef terena, ako ima većih prepreka vetar je slab, dok u ravnicama, kotlinama, kanjonima, uvalama, i vrhovima je dosta jači.
Postoje delovi Zemlje na kojima duva takozvani stalni (planetarni) vetrovi i na tim područjima je iskorištavanje energije vetra najisplativije. Dobre pozicije su obale okeana i pučina mora. Pučina se ističe kao najbolja pozicija zbog stalnosti vetrova, ali cene instalacije i transporta energije usporavaju takvu eksploataciju. Kod transformisanja kinetičke energije vetra u mehaničku energiju (okretanje osovine generatora) iskorištava se samo razlika brzine vetra na ulazu i na izlazu. Albert Betz, nemački fizičar dao je još davne 1919. godine zakon energije vetra, a koji je publikovan 1926. godine u knizi “Wind-Energie”. Njime je dan kvalitativni aspekt znanja iz mogućnosti iskorištavanja energije vetra i turbina na vetar. Njegov zakon kaže da možemo pretvoriti oko 59% kinetičke energije vetra u mehaničku energiju pomoću turbine na vetar. 59% je teoretski maksimum, a u praksi se može pretvoriti između 35% i 45% energije vetra.

Brzina vetra se meri anemografom ili anemometrom. U meteorološkoj praksi, najčešće se koristi Fusov anemograf (prikazan na Slici 2), koji meri pravac, srednju i trenutnu brzinu vetra. Sve tri veličine se zapisuju i ostaju na anemografskoj traci. Detektorski deo anemografa se najčešće nalazi na 10m iznad povrsine tla, na stubu u krugu meteorološke stanice. U novije vreme, merenje podataka o vetru se vrši pomoću digitalnih uređaja za prikupljanje podataka jer standardni meteorološki podaci nisu dovoljno pouzdani i verodostojni za primenu u vetroenergetici.