Univerziteta u Novom Sadu
Fakultet tehničkih nauka
Inženjerstvo zaštite životne sredine
SEMINARSKI RAD
IZ PREDMETA
“ALTERNATIVNA ENERGETIKA”
Energija vetra: horizontalne i vertikalne vetroturbine
Studenti:
Jelena Vujković ZR 15/2012
Marko Kosanović ZR 33/2012
Milorad Božić ZR 28/2012
Đorđe Pavlović ZR 7/2012
Novi Sad, maj 2014. godine
Energija vetra: horizontalne i vertikalne vetroturbine
4
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.
Slika 2. Fusov anemograf
1.1. Korišćenje energije vetra kroz istoriju
Pre više od pet hiljada godina, stari Egipćani su koristili vetar za pokretanje brodova
na reci Nil. Kasnije su napravljeni mlinovi za mlevenje pšenice i drugih žitarica, od kojih su
najstariji bili u tadasnjoj Persiji, danasnjem Iranu. Ti mlinovi su imali lopatice koje su
izgledale kao velika okrugla vesla. Osim mlinova, Persijanci su koristili energiju vetra i za
pumpanje vode.
Od starih Egipćana pa do otkrića parne mašine, vetar se koristi za pokretanje
jedrenjaka. Svedoci smo da, čak i sada u modernom dobu, jedrilice plove morima i rekama
koristeći energiju vetra.
Energija vetra: horizontalne i vertikalne vetroturbine
5
Slika 3. Korišćenje energije i razvitak vetrenjača kroz istoriju
Prva zabeležena upotreba vetrenjača je iz 7. veka u Sistanu, u današnjem
Avganistanu. Ove rane naprave, zvane
panemone
, veoma su se razlikovale od današnjih
vetrenjača. Imale su vertikalnu osovinu i šest do dvanaest jedara, te su izgledale kao
mesto za sušenje veša. Korišćene su da bi se izvadila voda iz bunara i za mlevenje
žitarica. Ima naznaka da se vetrenjače pojavljuju još ranije, čak u 1 veku. Na slici 4.
prikazane su neke od drevnih vetrenjača.
Slika 4. Drevna vetrenjača - Avganistan
Neki naučnici dokazuju da se u Kini koriste vetrenjače više od 2.000 godina, ali prvi
neosporni dokument jeste napomena u spisima kinsekog državnika iz 1219. godine. Ove
kineske vetrenjače bile su veoma slične vetrenjačama iz srednje Azije - imale su vertikalnu
osovinu i korišćene su za izvlačenje vode i mlevenje žitarica, slika 5. Ali ono što je kod
ovih vetrenjača predstavljalo bitnu razliku jeste prilagođavanje jedara menjanju pravca
vetra.
Energija vetra: horizontalne i vertikalne vetroturbine
7
jedra, vratilo i kočnice. Na taj način se obrtao samo vrh ka vetru, a ne cela građevina kao
do tad. Ovaj dizajn je omogućio da vetrenjače postanu veoma velike i da obavljaju više
poslova istovremeno. Veće vetrenjače su značile i veću iskorišćenost snage vetra.
Takođe, zamisao je Holanđana i da se za vetrenjače koriste lopatice umesto jedara.
Kada je svet počeo da koristi fosilna goriva sredinom 19 veka, snaga vetra, korišćena za
jedrenjake i vetrenjače, bila je glavni svetski izvor energije. Danas, radimo na tome da
zamenimo generatore na fosilna goriva turbinama na vetar i čak i supertankeri
eksperimentišu sa novim, visokoefikasnim jedrima kao mogućim načinom za smanjivanje
upotrebe goriva.
Prva poznata vetroturbina koja je proizvodila električnu energiju, bila je vetroturbina sa
vertikalnom osovinom koju je 1887. godine projektovao škotski profesor DŽejms Blajt
(James Blyth) u Glazgovu slika 8.
Slika 8. Vetroturbina Džejmsa Blajta
Građevina je bila visoka 18m, rotor je u prečniku imao 17m i proizodila je 12kW.
Blajt je ponudio svoj pronalazak susednom gradu Marikirku. Oni su ga odbili verujući da je
elektricitet đavolska rabota. Prvi pokušaj da se pomoću vetra stvori električna energija u
većem obimu pripisuje se Čarlsu Brašu iz Klivlenda, Ohajo, SAD, slika 9.
Slika 9. Vetroturbina Čarlsa Braša
Njegova vetroturbina je imala iste karakteristike kao i Blajtova, sa tom razlikom što
je imala horizontalnu osovinu i višestruke lopatice. On je svoju vetroturbinu napravio
takođe 1887. godine i neki naučnici smatraju da je nemoguće dokazati da je Blajt to učinio
pre njega.
