5. ЕНЕРГИЈА ОД ВЕТЕР - Енергијата на ветрот е една од првите форми на енергија која ја користел човекот. - Старите Египќани ја користеле ветерната.

Презентација на тему: "5. ЕНЕРГИЈА ОД ВЕТЕР - Енергијата на ветрот е една од првите форми на енергија која ја користел човекот. - Старите Египќани ја користеле ветерната."— Транскрипт презентације:

1 5. ЕНЕРГИЈА ОД ВЕТЕР - Енергијата на ветрот е една од првите форми на енергија која ја користел човекот. - Старите Египќани ја користеле ветерната енергија за задвижување на своите бродови и за ветерни мелници. - Ваквиот начин на искористување на ветерната енергија, подоцна вклучувајќи и пумпи за вода, се задржал до крајот на деветнаесеттиот век. - Првата ветерна турбина која е користена за производство на електрична енергија била направена во 1891 год. од Данецот Poul la Cour. Добиената електрична енергија ја користел за електролиза на водата, а на тој начин добиениот водород понатаму се користел за осветлување во локално училиште. Bhjbbjbhjh

2 - Помасовна употреба на енергијата на ветрот за добивање на електрична енергија започнала во триесеттите години од минатиот век - во руралните области на САД биле изградени илјадници мали ветерници. - Со развојот на големите хидро, термо и нуклеарни централи, ветерните централи, како економски и технички неконкурентни, паднале во заборав. - Пораст на производство на енергија од ветер заради: (а) нафтената криза во 1970-тите години заради пораст на цената на нафтата; (б) глобалното затоплување (еколошките проблеми); (в) свесноста за ограничените резерви од фосилни горива. Ветрот е обновлив извор на енергија што не загадува, односно при неговото производство не се создава јаглерод; Со ветерната енергија можат да се покријат 10-20% од потребите од електричната енергија (пример - во Данска се покриваат 20%). Bhjbbjbhjh

3 Onshore = на копно; Offshore = на море, TWh=тераватчас=10^9 Wh, MW = мегават = 10^6 вати, W= ват (единица за моќност = Ј/s), J=џул=единица за енергија

4

5

6

7 Ветерната енергија е најбрзорастечкиот сегмент во индустријата на обновливи извори на електрична енергија. Во 2007 год. во светот се инсталирани нови ветерни централи со моќност од околу MW, што е зголемување за 31% во однос на претходната година. Во 2007 во светот имало MW моќност инсталирана во ветерни електрани, а во 2012 год - моќност од МW. Заради почетната економска неисплатливост и непостојаноста на ветрот како енергетски извор, ветерните електрани се привилегија што можат да си ја дозволат само богатите земји. Околу 1-2 % од сончевата енергија (1,37 kW/m2) се претвора во ветерна енергија. Радиусот на земјата е околу 6000 km, пресекот што прима сончево зрачење е околу 10^14 m2, значи енергијата на ветрот е околу 10^15 W - ова е околу 100 пати повеќе од вкупната глобална потреба од енергија. Но сосема мал дел од оваа енергија практично може да се користи затоа што ветерната енергија е дифузна.

8 5.1. ИЗВОР НА ЕНЕРГИЈА ОД ВЕТЕР
ИЗВОР НА ЕНЕРГИЈА ОД ВЕТЕР Оригиналниот извор на енергијата на ветрот потекнува од зрачењето на сонцето, што се апсорбира од морето и копното, и го загрева воздухот што ги опкружува. Морето и копното различно го апсорбираат зрачењето, и се јавува разлика на температурите и притисоците на воздухот над нив. Под поимот ветер се подразбира хоризонталната (или приближно хоризонталната) компонента на струењето на воздухот во атмосферата. Главен фактор за настанување на струење на воздухот е различната брзина на негово загревање и ладење над нехомогена површина. Тоа предизвикува различни притисоци и температури во одредени делови од атмосферата и до појава на природен процес кој настојува да ги изедначи. Кога овој градиент на притисоци има хоризонтална компонента, тогаш настанува ветер. Неговата јачина е пропорционална на тој градиент, а насоката му е од подрачјето со повисок кон подрачјето со понизок притисок.

9 На мали височини, заради рапавоста на подлогата, при струењето на воздухот секогаш делува и силата на триење. Триењето меѓу воздухот и подлогата му се спротивставува на започнатото струење, му ја смалува брзината, а донекаде и му ја менува насоката. Штом ќе започне струењето, се јавува уште еден ефект кој влијае на насоката на ветрот. Заради ротацијата на Земјата (од запад кон исток) се јавува влијанието на т.н. Кориолисова сила која има за последица скршнување на ветрот или надесно или налево. На северната хемисфера ветровите скршнуваат во десно, а на јужната хемисфера во лево. Називот на ветрот (источен или западен) е според тоа од каде тој потекнува (започнува), а не според тоа во кој правец се движи.

10 Сончевото зрачење на екваторот има највисок интензитет, воздухот се загрева и подига, оставајќи зад себе област со низок притисок. На околу 30 степени северно и јужно од екваторот, топлиот воздух почнува да се лади и почнува да понира надолу. Помеѓу географска ширина од 30 степени и екваторот , поголемиот дел од изладениот воздух се враќа назад кон екваторот. Овие ветрови се наречени пасати (германски збор) – тоа се топли, стабилни, континуирани движења на воздухот кон екваторот (југоисточни или североисточни). Преостанатиот дел од изладениот воздух оди кон половите. Помеѓу 30 и 60 степени географска ширина ветровите се движат кон половите, имаат правец од запад кон исток, и се наречени западни ветрови. Помеѓу 60 степени и половите ветровите се наречени источни и се формираат кога атмосферата над половите ќе се излади и ќе понира надолу кон површината.

11 Ветрот е дефиниран ако му е позната брзината (интензитетот) и насоката, т.е ако може да се опише како векторска големина. Брзината на ветрот се мери со помош на анемометар и се изразува во различни единици, најчесто во m/s или km/h, а во поморскиот сообраќај во “јазли“ ( 1 јазол = 1 наутичка милја/h; 1 наутичка милја = 1852 m). Јачината на ветрот може да се определи и спрема описот на ефектот што го предизвикува врз објектите во природата. Според скалата што ја предложил британскиот адмирал Beaufort, најслабиот ветер има јачина 0 Bof (бофори), т.е брзина 0 - 0,2 m/s (чадот се крева право нагоре, а лисјата се неподвижни), а најсилните урагани имаат јачина 12 Bof т.е брзина 32,7 - 39,6 m/s (при шт доаѓа до опустошување на околината). За висинските ветрови оваа скала има 16 степени.

12 Насоката на ветрот се одредува според страната на светот од каде тој дува, при што освен четирите страни на светот се користат и меѓуправците. Обично се користат англиски кратенки (пр. северозападен ветер ќе има ознака NW). Од голема важност е и фреквенцијата на појава на ветерот која се прикажува со т.н. ружа на ветрови. Струењето на воздухот во атмосферата е постојан природен процес. Според просторниот опсег струењата можат да се поделат на глобални (планетарни) и локални струења. Глобалните струења ја опфаќаат целата Земја. Постојат во текот на целата година како резултат на нееднаквото загревање на тропскиот и поларниот појас на Земјата. Подрачјето на низок притисок околу екваторот е изложено на поинтензивно сончевото зрачење. Тука воздухот се издига нагоре и на висина од околу 18 km скршнува кон едниот и другиот пол.

13 Наоѓајќи се на подрачја со висок или низок притисок, дел од овие струења се спуштаат кон површината каде се манифестираат како ветер. Зависно од насоката и географскиот регион, ветровите се познати под имињата: пасат, западни ветрови, поларни ветрови, зимски и летен монсун и др. Со оглед на тоа што глобалните ветрови се висински, тие не можат да се користат за погон на ветерните турбини, но нивното познавање е важно, бидејќи влијаат на ветровите во пониските слоеви на атмосферата. Локалните ветрови претставуваат движење на воздушните маси во приземните слоеви на атмосферата. Настануваат како последица на локални топлински разлики. Типични локални ветрови се морските и планинските ветрови.

14 Морските ветрови настануваат како резултат на нееднаквото загревање на морето и копното. Копнените површини дење се загреваат побрзо од морската површина, што резултира со пад на притисокот над потоплата подлога и пораст на притисокот над поладната подлога. Процесот на изедначување на притисокот предизвикува дување на ветер од морето кон копното. Ноќе, заради побрзото ладење на копното, морето станува потопло, па се менува смерот на ветерот од копното кон морето.

15 Планинските ветрови настануваат заради нееднаквото загревање на различните страни на планината. Воздухот поинтензивно се загрева само во релативно тенок слој над подлогата. Тој воздух се потиснува нагоре, па преку денот струењето е насочено кон врвот т.е настанува долински ветер кој е најизразен на сончевата страна на планината. Ноќе се случува спротивен процес. Падините се ладат поинтензивно и вуздухот тогаш струи низ нив и се слева во подножјето т.е настанува горски ветер или ноќник. Кога конфигурацијата на теренот создава релјефни вдлабнатини со поголеми димензии, можно е натрупување на ладен воздух кој ноќе уште повеќе се лади. При одредени временски услови, оваа воздушна маса може да се задвижи и да се прелее кон подрачјата со понизок притисок.

16 Пример за вакви ветрови во Македонија е ветерот Вардарец
Пример за вакви ветрови во Македонија е ветерот Вардарец. Дува по текот на реката Вардар кога ладните воздушни маси, насобрани помеѓу Родопските планини на исток и Шар Планина на запад, се задвижуваат кон топлото Егејско море како подрачје со понизок воздушен притисок. На локалните ветрови големо влијание има рељефот на теренот кој е причина за низа локални промени во брзината на ветерот. Разни природни и вештачки препреки кои се наоѓаат во граничниот површински слој му ја смалуваат брзината и предизвикуваат турбуленции, т.е имаат негативно влијание на квалитетот на ветрот посматрајќи го како енергетски извор.

17 5.3. ТИПОВИ ВЕТЕРНИ ТУРБИНИ
Има 2 типа ветерни турбини: ветерни турбини со хоризонтална оска (ВТХО) и ветерни турбини со вертикална оска (ВТВО):

18 Огромен дел од современите ветерни турбини се со хоризонтална оска (ВТХО). Има 2 или 3 аеродинамични лопатки монтирани на вратилото (роторот) на турбината, за обезбедување на потисната сила за погон на турбината. На врвот на кулата поставен е затворен дел - куќиште (Nacelle – на сликата) во кое се роторот на турбината, менувачот на брзини–ако постои и генераторот на електрична енергија. Куќиштето се поставува во правец што е оптимален во однос на правецот на ветрот (со користење на свртница (механизам за вртење – Yaw mechanism на сликата). Оската на роторот е паралелна со правецот на струење на ветрот и со тлото.ВТХО се делат на турбини што “гледаат” КОН ветрот и турбини што “гледаат” ОД ветрот.

19 Поголем дел се оние што гледаат КОН ветрот, затоа што со тоа се избегнува влијанието на турбуленциите што настануваат позади турбината. Основна предност на ВТХО што “гледаат” ОД ветрот е што во нив не мора да се вградуваат механизми за завртување на турбината. Недостаток е што нивната работа не е толку сигурна и трајна како на ВТХО што “гледаат” КОН ветрот. Постои електронски систем (сензор и сервомотор) што ги усмерува турбините во однос на правецот на ветрот.

20 Предности на ВТХО: - Имаат доста повисока ефикасност во производството на електрична енергија. - Поставувањето на турбините на високи кули овозможува искористување на ветер со поголеми брзини. - Лопатките се наоѓаат од страна во однос на тежиштето (центарот на масите) на ветерната електрана, што овозможува поголема стабилност. - Постои можност за задвижување на лопатките, што овозмоѓува поголема контрола, и подесување на оптималниот агол при кој ветерната електрана максимално ја искористува енергијата на ветерот. - Постои можност за прицврстување (фиксирање) на лопатките во услови на олуен ветер, што ја минимизира потенцијалната штета.

21 Недостатоци на ВТХО: - Постои потреба за систем за задвижување на турбината, што дополнително ја поскапува изведбата. - Проблематична е работата со ветрови на мали надморски висини кои често се турбулентни. Високите кули и долгите лопатки на роторот на турбината се проблематични за превоз и на море и на копно. Транспортните трошоци можат да достигнат и до 20% од вкупните трошоци за опремата. - ВТХО се проблематични за инсталирање затоа што бараат високи и скапи дигалки. - ВТХО изведбите во кои турбините “гледаат” ОД ветрот имаат помала трајност и сигурност во работата заради турбуленциите на кои се изложени.

22 Ветерни турбини со вертикална оска на вртење (ВТВО)
Оската на вртење е поставена вертикално.

23 Ветерни турбини со вертикална оска на вртење (ВТВО)
- Оската на вртење е поставена вертикално. - Главна предност е што ваквата конструкција е што турбината не треба да биде насочена директно во правецот на ветерот за да се обезбеди ефикасна работа. - Ова е предност за оние локации каде насоката на ветерот е доста променлива. - ВТВО турбината може да ја искористи енергијата на ветерот од различни правци на струење. - ВТВО турбините се поставуваат поблизу до тлото и не се потребни високи кули, заради што се полесни и попристапни за одржување. - Недостаток на ВТВО турбините е што брзините на ветерот на пониски надморски висини се доста помали, што значи дека и помалку енергија може да се трансформира од ветерна во електрична.

24 Ветерни турбини со вертикална оска на вртење (ВТВО)
- Струењето на воздухот во близина на тлото е честопати турбулентно, што доведува до можност за појава на вибрации, побрзо трошење на лежиштата и пократок работен век на електраната. - Ако ВТВО се постави на кров на некоја зграда, тогаш таа го пренасочува струењето на ветерот што значајно ја зголемува брзината на струење (понекогаш и двојно ја зголемува).

25 Постојат 2 типа ВТВО: Дариеусови (Darrieus) и Savoniusovi (Savonius) турбини.

26 Дариеусови (Darrieus) турбини:
Имаат долги тенки лопатки во форма на буквата C, коишто се споени на врвот и дното на вертикалната оска. Најчесто се изработуваат со 2 или 3 лопатки. Почетниот вртежен момент им е слаб, и неопходен е надворешен извор на електрична енергија што им помага при придвижувањето. - Имаат послаба стабилност и мораат да се придржуваат од метални кабли што не е секогаш практично.

27 Недостатоци на ВТВО турбините:
- Имаат околу 50 % од искористливоста на ВТХО, пред се заради дополнителниот отпор што се јавува заради тоа што лопатките ротираат “во” ветерот. Мораат да се инсталираат на прилично рамни површини, што оневозможува инсталирање на површини со мала стрмнина. Имаат многу мал почетен вртежен момент, заради што е потребен надворешен извор на енергија за да започне вртењето. Оптоварени се со релативно голема тежина на структурата што се наоѓа над деловите што се сместени на тлото, што доведува до отежната замена на деловите.