UNIVERZITET U TUZLI Masinski fakultet Mehatronika
Seminarski rad i predmeta Osnovi mehatronike I VJETROELEKTRANE
Mirza Mujagic III-172/08
14.03.2013.god
1
UVOD Vjetroelektana je niz blisko smještenih vjetroagregata, najčešće istog tipa, izloženih istom vjetru i priključenih posredstvom zajedničkog rasklopnog uređaja na elektroenergetski sustav. Vjetroagregat je rotirajuci stroj koji pretvara kineticku energiju vjetra prvo u mehanicku, a zatim preko elektricnih generatora u električnu energiju. Pri tome se rotor vjetroturbine i rotor električnog generatora nalaze na istom vratilu. Vjetroelektana je obnovljivi izvor električne energije pokretan kinetičkom energijom vjetra. Energija vjetra je u stvari oblik sunčeve energije. Sunce neravnomjerno zagrijava različite dijelove Zemlje i to rezultira različitim tlakovima zraka, a vjetar nastaje zbog težnje za izjednačavanjem tlakova zraka. Postoje djelovi Zemlje na kojima puše tzv. stalni (planetarni) vjetrovi i na tim područjima je iskorištavanje energije vjetra najisplativije. Dobre položaji su obale mora i oceana (priobalna vjetroelektrana), te pučina mora (plutajuća vjetroelektrana). Pučina se ističe kao najbolji položaj zbog stalnosti vjetrova, ali cijene ugradnje i prijevoza energije usporavaju takva ulaganja. Kod pretvorbe kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju (okretanje osovine generatora) iskorištava se samo razlika brzine vjetra na ulazu i na izlazu. Albert Betz, njemački fizičar dao je još davne 1919. zakon energije vjetra, poznat kao Betzov zakon. Njegov zakon kaže da možemo pretvoriti samo manje od 16/27 ili 59% kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju pomoću turbine na vjetar. 59% predstavlja teoretski maksimum, ali u primjeni se može pretvoriti između 35% i 45% energije vjetra zbog raznih gubitaka u sustavu. Za korištenje energije vjetra često se upotrebljava agro-hortikulturalno nazivlje, pa se tako govori o vjetroparkovima, vjetrofarmama ili vjetropoljima. Na taj način se i samom nomenklaturom pokušava reći da se ne radi o „pravim“ elektranama. Zato treba jasno reći, vjetroelektrana jest elektrana i to ona koja kao gorivo za proizvodnju električne energije koristi vjetar. Ona se kao i svaka druga elektrana sastoji od nekoliko dijelova, uključujući vjetroagregate (turbina + generator),transformatorske stanice, kabele i vodove, te ostale pripadajuće objekte. Na taj način postiže se sustavnost nazivanja objekata za proizvodnju električne energije (hidroelektrana, termoelektrana, nuklearna elektrana, itd.) i nedvojbeno se iskazuje da je vjetroelektrana elektroenergetski objekt, a ne element krajobraznog ili poljoprivrednog karaktera.
2
POVIJEST VJETROELEKTRANA Povijest vjetroelektrana i korištenja energije vjetra seže u doba kada su ljudi prvi puta postavili jedra na brodove i time si omogućili daleka putovanja i isto tako odlučili svoje živote povjeriti u ruke tog nepredvidljivog obnovljivog izvora energije. Može se reći da je na neki način vjetar bio taj koji je pokrenuo eru istraživanja i omogućio prijenos robe i dobara u neslućenim količinama na velike udaljenosti. Dugo vremena nakon prvih jedara uslijedilo je korištenje energije vjetra za obavljanje mehaničkog rada u mlinovima i za pokretanje vodenih pumpi (posebice u Nizozemskoj, na srednjem zapaduSAD-a i u zabačenim dijelovima Australije). U modernim vremenima s dolaskom i izumom električne energije počinju se upotrebljvati u svrhu proizvodnje iste, no tek u zadnja dva desetljeća zbog sve većeg zagađenja okoliša počinju svoj značajan uzlet, da bi danas to bio jedan od glavnih izvora energije za blisku budućnost. PREDNOSTI I NEDOSTACI Prednosti vjetroelektrana su:
ne troše gorivo, tj. energija vjetra je u uvjetno rečeno "besplatna"; vjetroelektrane su poželjan oblik obnovljivog izvora energije nasuprot elektranama na fosilna goriva, jer kemijski i biološki ne zagađuju okoliš; vjetroelektrana može imati umjeren pozitivan utjecaj na smanjenje snage vjetra u područjima koja su inače izložena suviše jakim vjetrovima; borba protiv globalnog zatopljenja (Protokol iz Kyota); vjetroelektrane su energetska postrojenja bez štetnih emisija (staklenički plinovi); smanjuje se nacionalna ovisnost o uvozu fosilnih goriva;
3
Nedostaci vjetroelektrana su:
povremenost pogona, zavisno o meteorološkim karakteristikama područja primjene. Nije rješeno učinkovito akumuliranje većih količina energije za razdoblje bez vjetra, pa bi se stoga vjetroelektrane trebale vezati na elektroenergetski sustavregije i s njim razmjenjivati energiju. Prikladnim se čini kombinacija hidroelektrana i vjetroelektrana, koja u razdoblju jačeg vjetra štedi hidro-akumulaciju, a u razdoblju bez vjetra energiju daje hidroelektrana. Kod sitnih vjetroelektrana akumulaciju mogu osiguravati jedino akumulatori, koji ne mogu zadovoljiti potrebe u područjima s manje vjetrovitih dana, ali mogu štediti klasičnu energiju u vjetrovitom razdoblju; jake promjene u snazi vjetra relativno su teže tehnički savladive. Tehnička rješenja moraju spriječiti oštećenje vjetrenjače pri olujnoj snazi i izvlačiti maksimalnu snagu pri slabom vjetru, što poskupljuje ta rješenja; za usklađivanje broja okretaja vjetroturbine sa brojem okretaja ugrađenog generatora potreban je multiplikator s automatskom regulacijom brzina generatora, što također poskupljuje tehničku izvedbu; troškovi održavanja znaju činiti značajnu stavku u cijeni dobivene energije vjetra, budući da je u slučaju velikih vjetroelektrana broj uređaja relativno velik, tj. snaga po jednom uređaju je daleko manja nego kod klasičnih elektrana na fosilna goriva; prisutno je izvjesno "estetsko zagađenje" u slučaju velikih vjetroelektrana, što međutim nema većeg značaja ako se takva vjetroelektrana ugradi na nenapučenim prostorima.
POLOZAJ VJETROELEKTRANA Iako je vjetropotencijal najvažniji čimbenik za izbor položaja vjetroelektrane, postoji i niz drugih čimbenika koji se moraju zadovoljiti. Izbor položaja provodi se u dva koraka. Najprije se određuju područja koja su nepogodna za izgradnju zbog sljedećih razloga:
područje ima izuzetno mali vjetropotencijal; područje zaštićeno zbog iznimnih prirodnih ili kulturnih ljepota (park prirode, arheološko nalazište); područje namijenjeno za izgradnju stambenih ili gospodarskih objekata; područje vrlo zahtjevnog reljefa s obzirom na mogućnost izgradnje.
U drugom koraku provodi se vrednovanje makrolokacije na temelju kriterija kao što su:
srednja godišnja brzina vjetra; 4
veličina lokacije, odnosno broj vjetroagregatskih jedinica koje je na tom položaju moguće postaviti; udaljenost lokacije od prometnica; udaljenost lokacije od postojeće električne mreže; mogućnost održavanja i nadzora nad vjetroelektranom; značajke terena (šumovitost, pogodnost za poljodjelstvo i drugo); utjecaj na životinjski svijet (migracijski putovi ptica selica, zaštićena staništa i drugo) položaj lokacija s obzirom na turistička područja.
Unutar odabranih makrolokacija izdvajaju se mikrolokacije. Za vredovanje i izbor najpovoljnije mikrolokacije može se primijeniti načelo slično izboru za makrolokaciju. Nakon izbora mikrolokacije kreće se s mjerenjem karakteristika vjetra (brzina, smjer i drugo). Na temelju analize izmjerenih podataka u određenom vremensko razdoblju (minimalno 1 godina) izrađuje se studija izvodljivosti u kojoj će se odrediti veličina i broj vjetroagregata, odnosno najoptimalniji kapacitet lokacije. Prema navedenim čimbenicima, idealna vjetroelektrana je ona koja je smještena na mjestu koje ima povoljan vjetropotencijal, nalazi se blizu električne mreže, ima dobar cestovni pristup, a njezina gradnja je u skladu s namjenom prostora i s uvjetima zaštite okoliša. VJETROPOTENCIJAL Vjetropotencijal je najvažniji čimbenik za izbor položaja vjetroelektrane. To su zapravo karakteristike vjetra na pojedinoj lokaciji. Najvažnija karakteristika je srednja godišnja brzina vjetra na određenoj visini iznad tla. Naime, vjetrogenerator se pokreće kada brzina vjetra poraste iznad otprilike 3 m/s. Pri toj brzini proizvodnja električne energije je vrlo mala. Porastom brzine, količina električne energije se povećava do maksimalne, koja se postiže na brzini vjetra od oko 12 m/s. Daljnjim porastom brzine vjetra količina proizvedene energije se više ne povećava. Kada brzina poraste preko 25 do 30 m/s, vjetroagregat se isključuje jer ne može podnijeti mehanička opterećenja koja uzrokuju tako velike brzine vjetra. Iz opisanog načina rada vjetrogeneratora možemo zaključiti da je za idealnu proizvodnju električne energije potrebna brzina vjetra od oko 12 m/s.
5
To je samo prvi korak u određivanju vjetropotencijala. Potrebno je potom razmotriti kako je brzina vjetra raspoređena tijekom godine. Npr. u godišnjem prosjeku može biti sadržan velik broj sati s brzinom vjetra iznad 30 m/s ili ispod 3 m/s, što zapravo nije pogodno za iskorištavanje. Možemo zaključiti da je za energetsko iskorištavanje optimalan vjetar do srednje jakosti, bez velikih oscilacija, i koji ima što veću učestalost. Zbog jake ovisnosti prinosa energije (a samim time i ekonomske isplativosti) o brzini vjetra (ovisnost energije vjetra o kubu brzine vjetra), potrebna su točna mjerenjavjetra na samoj lokaciji. Mjerenja se obavljaju pomoću anemometara koji su pričvršćeni na stupove, približno na visini osi na kojoj će se nalaziti vjetroagregati (iako se zadnjih godina bilježi rast tzv. udaljenih mjerenja pomoću LIDAR-a). Obično treba postaviti više stupova na lokaciji u vremenu od barem 6
6
mjeseci, a preporuča se da to vrijeme mjerenja bude nekoliko godina. Brzina vjetra je osnovni čimbenik od kojega se kreće pri projektiranju svih vjetroagregata koji će se nalaziti na lokaciji, njihovog broja i prostornog razmještaja. Brzina vjetra također služi kao polazna točka za sve proračune o ekonomskoj isplativosti i proizvodnji energije. Osjetljivost doprinosa energije o brzini vjetra ovisi i o brzini samog vjetra. Zbog toga je posebno važno točno mjeriti brzine vjetra na lokacijama gdje je ta brzina manja. Za određenu lokaciju bitno je poznavati i smjerove iz kojih puše vjetar (ruža vjetrova), da bi se odredio najoptimalniji raspored vjetroagregata kako bi maksimalno iskoristili vjetar iz svih smjerova. Druga najvažnija karakteristika vjetra, osim srednje brzine, je i raspodjela brzine vjetra. Weibullova krivulja je alat koji nam služi za realističnu raspodjelu brzine vjetra. Tri godine mjerenja značajno smanjuje odstupanja brzine vjetra u odnosu na dugogodišnje oscilacije vjetra, na 3% u brzini vjetra i oko 4% u proizvodnji energije. Ostali bitniji podatci o vjetru su dugoročna gustoća zraka na lokaciji i intenzitet turbulencije vjetra na lokaciji. Sami po sebi ne utječu na proizvodnju energije iz vjetra, ali utječu pri određivanju opterećenja na lopatice rotora i na očekivani vijek trajanja samog vjetroagregata.
7
VRSTE VJETROELEKTRANA Vjetroelektane se mogu podijeliti na kopnene vjetroelektane, priobalne vjetroelektane, plutajuće vjetroelektrane i zračne vjetroelektrane. Najveći proizvođači električne energije pomoću vjetra su SAD, Njemačka, Španjolska i Kina (energija vjetra u Kini). Kopnene vjetroelektane Kopnene vjetroelektane se grade na čvrstom tlu i najčešći su oblik vjetroelektrana. Najveće kopnene vjetroelektane u svijetu su:
Vjetroelektrana
Nazivna snaga (MW)
Država
Kordinate
Opis
Jaisalmer
1 064
Indija
35°1′16″N 70°54′0″E
[3] [4]
Roscoe
781,5
SAD
32°15′52″N 100°20′39″W
[5]
Horse Hollow
735,5
SAD
32°11′24″N 100°01′48″W
[6]
Alta
720
SAD
26°55′12″N 118°19′14″W
[7] [8]
Capricorn Ridge
662,5
SAD
31°54′11″N 100°54′04″W
[9]
Fowler Ridge
599,8
SAD
40°36′31″N 87°19′15″W
[10]
Sweetwater
585,3
SAD
32°20′20″N 100°26′40″W
[11]
Buffalo Gap
523,3
SAD
32°18′38″N 100°8′57″W
[12]
Dabancheng
500
Kina
43°35′37″N 87°48′32″E
[13]
8
Priobalne vjetroelektrane Priobalna vjetroelektrana (engl. Offshore wind park) je vrsta vjetroelektrane s čvrstim temeljima koja se gradi na moru (ima planova gradnje i na jezerima), uglavnom u priobalnom području, gdje je dubina vode obično manja od 60 metara (udaljenost od obale do najviše 50 kilometara), za razliku od plutajućih vjetroelektrana, koje se grade na pučini. Činjenica da voda (a posebice duboka voda) ima manju površinsku "hrapavost" od kopna jako utječe na brzine vjetra, koje su mnogo veće na moru. Faktori snage su mnogo veći kod takvih instalacija. Kod lokacija s produženim plićinama (kao primjerice u Danskoj), vjetroelektrane je lako sagraditi. Općenito govoreći, morske instalacije vjetroagregata su načelno skuplje od kopnenih. To je zbog toga što su im tornjevi viši kada se uračuna dio ispod vode i što je sama izgradnja skuplja. Proizvedena električna energija se do kopna prenosi putem podmorskog kabela. Održavanje je također skuplje, a mora se paziti i na zaštitu odkorozije, zbog čega se često dodaju dodatni premazi i katodna zaštita. Takve turbine su najveće turbine u pogonu i predviđa se da će njihova veličina (i insalirana snaga) i dalje rasti (preko 6 MW). Vjetroelektrane smještene na moru znaju imati i više od 100 vjetroagregata
Plutajuće vjetroelektrane Plutajuća vjetroelektrana ili pučinska vjetroelektrana je vrsta vjetroelektrane koja se postavlja na plutajuću strukturu u dubljem moru, gdje nije moguće postaviti priobalnu vjetroelektranu. Plutajuće vjetroelektrane su složene i zahtijevaju veće početne troškove, ali su nove studije pokazale je da zbog njihovih mogućnosti da pristupe snažnijim vjetrovima dalje na moru imaju isplativost primjene. Obično se više plutajućih vjetroagregata povezuju zajedno u vjetroelektranu, kako bi se koristio zajednički podvodni kabel za prijenos električne struje Visinske vjetroelektrane Koncept visinskih vjetroelektrana se zasniva na iskorištenju energije vjetra u višim slojevima atmosfere. One predstavljaju dizajnirani koncept vjetroelektrana koji su na različite načine podignuti u visinu bez potpore tornja. Možemo ih podijeliti u dvije skupine: one za iskorištavanje vjetra na nižim visinama te na one koje to mogu na višim visinama. Tijekom posljednjih 20 godina napravljeno je nekoliko desetaka projekata i koncepata od kojih se istaknula nekolicina koje imaju šanse za realizaciju. Zajedničko im je to što su predviđene za iskorištavanje vjetra na visinama većim nego što to mogu vjetroelektrane montirane na tlu,
9
mogućnost montaže na bilo kojoj lokaciji na svijetu te su u potpunosti ekološki prihvatljive, budući da ne ispuštaju stakleničke plinove. Visinske vjetroelektrane na taj način mogu proizvoditi električnu energiju 90% vremena, dok bi one na zemlji to činile maksimalno 35% vremena. To bi rezultiralo pojeftinjenjem električne energije i zahtjevalo bi manje vjetroelektrana za istu količinu električne energije.
VJETROAGREGATI
Vjetroagregat je rotirajući stroj koji pretvara kinetičku energiju vjetra prvo u mehaničku, a zatim preko električnih generatora uelektričnu energiju. Pri tome se rotor vjetroturbine i rotor električnog generatora nalaze na istom vratilu. Vjetroagregati koristeenergiju vjetra, koja se ubraja u obnovljive izvore energije.
10
Izvedbe vjetroagregata Potoji čitav niz podjela vjetroagregata, pa ih tako u ovisnosti prema nekim konstrukcijskim i radnim značajkama razvrstavamo po:
položaju osi turbinskog kola: vjetroagregati s vodoravnom osi i okomitom osi; omjeru brzine najudaljenije točke rotora i brzine vjetra: brzohodne i sporohodne; broju lopatica: višelopatične, s nekoliko lopatica i s jednom lopaticom; veličini zakretnog momenta: visokomomentne i niskomomentne; načinu pokretanja: samokretne i nesamokretne; učinkovitosti pretvorbe energije vjetra u zakretni moment: nisko i visoko učinkovite; načinu okretanja rotora prema brzini vjetra: promjenjive i nepromjenjive.
Vjetroagregati s okomitom (vertikalnom) osi Vjetroagregati s okomitom (vertikalnom) osi su najstariji sustavi za iskorištavanje energije vjetra. Danas također postoje koncepti modernih vjetroagregata koji imaju okomit položaj osi. Negativna strana ove vrste vjetroagregata je manja iskoristivost od vjetroagregata s horizontalnom osi, a pozitivne strane su:
vjetroagregat nema usmjerenja, ne mora biti usmjerena prema vjetru, pa ne trebaju dodatni uređaji za praćenje vjetra i okretanje vjetroturbine; potreban je slabiji vjetar za njihov rad; uređaji za kontrolu vjetroagregata i pretvorbu energije mogu biti smješteni na razini zemlje zbog okomite osi rotora; jednostavnija struktura što olakšava i samo postavljanje.
11
Vrste vjetroagregata s vertikalnom osi su:
Savoniusov rotor, Darrieusov rotor, H rotor, vjetrenjača s rotirajućim jedrima.
Savoniusov rotor radi na principu otpornog djelovanja koji kombinira sa potiskom. Sastoji se od dvaju polucilindričnih lopatica koje su otvorene na suprotnim stranama. Blizu osi, lopatice se preklapaju tako da preusmjereni vjetar može strujati iz jedne lopatice u drugu. Ova vrsta rotora ima veću iskoristivost od rotora baziranih samo na otpornom djelovanju, ali manju od rotora primarno baziranih na potisku. Ovaj tip rotora ima prednost koja se bazira na tome da se mogu početi vrtjeti na malim brzinama vjetra, dok im je loša strana u tome što je potrebno puno materijala za njihovu izradu. Darrieusov rotor je 1929. konstruirao Francuz Georges Darrieus. Ova vrsta rotora se sastoji od dvije ili tri lopatice koje imaju oblik parabole. Profil rotorskih lopatica oblikom odgovara radu na principu potiska. Iskoristivost ovih rotora je puno veća od iskoristivosti Savonius-ovih rotora. Glavni nedostatak Darrieus-ovog rotora je u tome što ne može sam započeti rotaciju te zbog toga uvijek zahtjeva pomočni uređaj za pokretanje. Daljnjim razvojem Darrieusovog rotora razvijen je H rotor ili H – Darrieus-ov rotor. Ovaj rotor se još naziva i Heidelberg rotor po tvrtki Heidelberg Motor. Generator sa permanentnim magnetom je integriran u samu strukturu rotora i ne zahtjeva sustav prijenosa. Vjetrenjaca sa rotirajucim jedrima Vjetrenjača s rotirajućim jedrima je nova vrsta vjetrenjače koja ima 3 jedra promjenjive površine. Kad je vjetar slab jedra se šire, a kad jača jedra se skupljaju. Ova vjetrenjača počinje raditi kod vjetra od 2 m/s, a normalno radi i kad najjačih vjetrova tako što se površina jedara smanje za 95%. Na taj način može ostvariti višestruko veći broj radnih sati u usporedbi sa klasičnim vjetrenjačama s tri kraka. U usporedbi sa drugim vertikalnim rotorima kao što su Savonijusov i Darrijusov rotor koji energiju vjetra koriste zahvaljujući obliku otporne površina. Vjetrenjača s rotacionim jedrima ima mehanizam koji u svakom trenutku postavlja jedra u optimalan položaj na vjetar, čime se efikasnost iskorištenja energije vjetra višestruko povećava. U usporedbi sa horizontalnim rotorima vjetrenjača sa rotirajućim jedrima počinje raditi pri najslabijem lahoru, te nije potrebno graditi visoke skupe stupove kako bi se iskoristili jači visinski vjetrovi. Zaštita od snažnih vjetrova ne temelji se na čvrstini konstrukcije već na smanjenju površine jedara za preko 90%, te zahvaljujući tome svi dijelovi mogu biti izrađeni od 90% manje čvrstih elemenata. Kod oluja nije ju potrebno zakočiti, kao druge vjetrenjače, pa ona radi i pri takvim vjetrovima. Dok većina vjetrenjača za pogon koristi silu uzgona pa se vrte 6 puta brže od vjetra, ova vjetrenjača koristi silu guranja, te se zbog tog
12
vrti sporije od vjetra. Zbog toga nije opasna za ptice, radi vrlo tiho, te zbog kretanja jedara u smjeru vjetra vrlo malom silom djeluje na temelje. Moguće ju je smjestiti na krov kuće sa betonskim stropom, pod uvjetom da 30 - 50 metara oko kuće nema drugih objekata koji bi mogli stvarati zračne vrtloge. Konstrukcijski su riješeni i sporedni problemi vertikalnih rotora, tj., zamjena glavnog ležaja u slučaju kvara je moguća i bez skidanja rotora, a i generator je moguće smjestiti na tlu ispod rotora, što olakšava zamjenu ili popravak u slučaju kvara. Zbog svega navedenog ova vjetroturbina je ekonomična i na lokacijama gdje se druge vjetrenjače ne isplati graditi. Isplativost investicije u vjetrenjače ovisi o proizvedenoj energiji i o broju radnih sati godišnje, a to ponajviše ovisi o optimalnoj veličini generatora u odnosu na veličinu same vjetrenjače, što je kod ove vjetrenjače moguće mjenjati. Optimalna veličina generatora ovisi o više faktora. - Na lokacijama gdje često pušu vjetrovi od 4 m/s do 10 m/s isplativije je ugraditi jači generator, kako bi se dobila veća količina energije. - Ako je generator spojen na električnu mrežu u koju se ubacuje višak energije također je isplativo ugraditi jači generator kako bi se prodalo što više električne energije. - Na lokacijama gdje najčešće pušu lagani povjetarci od 2 m/s do 5 m/s isplativije je ugraditi slabiji generator kako bi se iskoristio vjetar brzine 2 – 3 m/s. - Ako korisnik nema priključak na električnu mrežu također je isplativije na vjetrenjaču ugraditi manji generator kako bi se ostvario što veći broj radnih sati, čime se smanjuje potreba za skladištenje električne energije u akumulatore koji su skupi i imaju ograničeno vrijeme trajanja.
Vjetroagregati s vodoravnom (horizontalnom) osi Vjetroagregati s vodoravnom (horizontalnom) osi su danas najzastupljeniji tip vjetroturbina. Vjetroagregati su došli do vrlo visokog stupnja tehničke razvijenosti i dosežu snage od nekoliko megawata, dok su vjetroagregati u 1980-tim godinama bili u rangu snage ispod 100 kW. DIJELOVI VJETROAGREGATA Dijelovi vjetroagregata su: rotor ili vjetroturbina (sastoji se od glavčine, vratila i lopatica – obično 3 lopatice), kočioni sustav, elementi za uležištenje sporohodnog vratila, upravljački i nadzorni sustav, električni generator, zakretnik ili oprema za zakretanje, kućište stroja ili gondola, stup, prijenosnik snage (obično multiplikator), temelj, transformator, spoj na elektroenergetski sustav i posebna oprema.
13
Rotor ili vjetroturbina Sastavni dijelovi rotora vjetroagregata (vjetroturbina) su glavčina i lopatice. Ovisno o tome kako reguliramo snagu, rotor može biti izveden:
tako da se regulaciju napadnog kuta (napadni kut krila) tijekom rada vrši zakretanjem lopatica, na način da se profil namješta u optimalni položaj (eng. pitch). Ovakva regulacija je složena i rotori ovakve izvedbe su skuplji, ali nužno primjenjeni za lopatice duže od 25 do 30 metara. Također postoji poseban motor za zakretanje, koji mijenjajući postavnikut lopatica mijenja napadni kut struje zraka. Na taj način se postiže smanjenje snage vjetroturbine za brzine vjetra manje od projektne, odnosno brzine vjetra iznad projektne (namještajući na optimalnu vrijednost na početku rada vjetroagregata). tako da se regulacija snage vjetroturbine vrši korištenjem aerodinamičkog efekta poremećenog trokuta brzina (eng.stall). Dakle s promjenom brzine vjetra mijenja se na aeroprofilu napadni kut struje zraka, odnosno dolazi do poremećaja trokuta brzina te do porasta ili gubitaka uzgona (tako npr. ako brzina vjetra poraste iznad projektne vrijednosti, kut više nije optimalan). Za ovaj slučaj izvedbe rotora lopatice nemaju mogućnost zakretanja. Međutim, kako je vjetroturbina projektirana za neko područje brzina, u ovom slučaju izvedbe lopatice imaju unaprijed namješten kut za dotično područje brzina (što omogućuje najveću pretvorbu energije vjetra u električnu energiju).
Lopatice vjetroagregata Lopatice rotora su u današnje vrijeme oblikovane poput krila zrakoplova. Njih pokreće aerodinamički uzgon, i imaju prilično visok stupanj pretvorbe energije vjetra u mehanički rad. Koriste se 3 lopatice jer je to najpraktičnija i najisplativija konfiguracija, te je s vremenom postala uobičajena za gotovo sve velike proizvođače vjetroagregata. Kod dvije
14
(a pogotovo jedne) lopatice brzina vrtnje je znatno veća, što ima mnogo negativnih posljedica u smislu učinkovitosti i opće prihvaćenosti vjetroagregata. Također, s obzirom na izvedbu možemo razlikovati lopatice sa zakretnim vrhovima (kao aerodinamičkim kočnicama) ili s krilcima. Ove druge rade na način da se krilca odvajaju od površine, smanjujući aerodinamičke značajke profila kod brzine iznad projektne. Obje izvedbe su ujedno sekundarni kočioni sustavi, koji u slučaju otkaza primarnog kočionog sustava (mehanička kočnica) stvaraju moment kočenja (zakretanjem vrha lopatice ili pomičnom ravnom površinom (eng. spoiler), te na taj način ograničavaju brzinu vrtnje rasterećenog kola. Dakle, zakretni vrh i pomična površina sekundarnog kočionog sustava nazivaju se kočnici, koje je moguće aktivirati središnjim zakretnim sustavom (signali ispada ili vrtnje) ili pojedinačnim neovisnim sustavom (centrifugalnom silom). Rotor za ove kočnice treba biti opskrbljen posebnim polužnimnapravama namijenjenim za zakretanje. Kada je postignuto smanjenje brzine vrtnje, kočnici se vraćaju u početni položaj i čine radni dio lopatice. Kocioni sustav Kada električni generator ispadne iz mreže (pobjeg), odnosno brzina naleta vjetra prijeđe maksimalnu vrijednost (isključna vrijednost, npr. 25 m/s) dolazi do izrazitog dinamičkog opterećenja. Zato mora postojati kočioni sustav kako bi rasteretio prijenosnik snage, odnosno zaustavio rotor. Osim toga, bitno je reći da je također zadatak ovog sustava održati projektnu brzinu vrtnje konstantnom, odnosno osigurati sustav čije je djelovanje dinamički uravnoteženo. Disk kočnica je najčešća izvedba kočionog sustava (kojom se na suvremenim strojevima upravlja mikroprocesorski), a smještena je nasporookretnom vratilu kola prije prijenosnika ili na brzookretnom vratilu generatora. Prilikom odabira broja kočionih elemenata na disku kočnice, naglasak treba staviti na izbjegavanje neuravnoteženosti obodnih sila kočenja, odnosno na postizanje opterećenosti turbine isključivo momentom kočenja. Djelovanje im može biti elektromagnetsko ili hidrauličko, a aktiviraju se signalom generatora (zbog ispada iz mreže, dakle prekid strujnog kruga) ili signalom uređaja kojim se mjeribrzina vrtnje generatora. Broj okretaja rotora se regulira aerodinamičkim kočenjem. Takvo kočenje se ostvaruje odabirom odgovarajućeg kuta lopatice s obzirom na vjetar. Postoji i radna disk kočnica koja laganim kočenjem regulira broj okretaja rotora kao ispomoć aerodinamičkom kočenju. Upravljacki i nadzorni sustav Ovaj sustav je u osnovi zadužen za upravljanje i nadziranje rada vjetroturbinskogeneratorskog sustava. Ako ovakav sustav nije u cijelosti smješten na vjetroagregatnoj jedinici (kao što može biti slučaj), već je jednim dijelom na nekom udaljenijem mjestu, onda sustav zahtjeva i posebnu telekomunikacijsku opremu. Dakle, mikroprocesorski upravljani sustav nadzire i upravlja radnim procesima i zaštitom, daje podatke o radu, električkim i mehaničkim stanjima, obrađuje podatke, komunicira sa zaduženim osobljem, te izvještava ili alarmira u slučaju nekakvog kvara, požara ili slično.
15
Elektricni generator ili vjetregenerator Turbinski dio vjetrenjače s rotorom, kočnicama i prijenosnikom snage predstavlja važan dio cjelokupnog sustava, čija je osnovna funkcija pogon električnog generatora. Za pravilan i siguran rad vjetroturbinsko - generatorskog sustava, generator mora ispunjavati zahtjeve kao što su:
visok stupanj iskoristivosti u širokom krugu opterećenja i brzine okretanja; izdržljivost rotora na povećanim brojevima okretaja u slučaju otkazivanja svih zaštitnih sustava; izdržljivost, odnosno postojanost konstrukcija na visokim dinamičkim opterećenjima prilikom kratkih spojeva, te pri uključivanju i isključivanju generatora; uležištenje generatora na način da jamče dugotrajnost.
Uzimajući u obzir uvjete povećane vlažnosti, slanosti, zatim otpornost na krute čestice, povišenu temperaturu i slične uvjete, pred generatore se također postavlja zahtjev pouzdanosti sa što je moguće manje održavanja. Razni su kriteriji prema kojima se može izvršiti podjela generatora. Tako npr. prema načinu rada generatori se mogu podijeliti na one:
za paralelni rad s postojećom distributivnom mrežom, samostalni rad, spregnuti rad s drugim izvorima energije.
Prema vrsti električne struje mogu biti: istosmjerni ili izmjenični. Istosmjerni generatori se zbog problema s pouzdanosti rijetko primjenjuju. Prema načinu okretanja postoje generatori: s promjenjivom ili s nepromjenjivom brzinom okretanja, uz zadržavanje iste frekvencije. Također postoji podjela prema veličini tj. snazi. Zakretnik ili oprema za skretanje Zakretnik služi za zakretanje turbinskog ili generatorskog sustava. Nalazi se ispod kućišta vjetroturbine, na vrhu stupa. Preko pužnog prijenosa (omjera reda veličine 1:1000) s velikim zupčastim prstenom, učvršćenim na stupu, izravnava se osvratila rotora s pravcem vjetra. To je naravno, u ovisnosti o vrsti vjetroturbine, odnosno dali je ista postavljena niz vjetar ili uz vjetar. Zakretanje zapravo vrši motor. On na sebi ima ugrađenu kočnicu koja onemogućuje zakretanje kućišta zbog naleta vjetra. Zakretanje kućišta regulira sustav koji je izvan funkcije kad su poremećaji smjera vjetra manji (u prosjeku jednom u deset minuta dogodi se zakretanje kućišta) Kuciste stroja Kućište stroja, gondola ili kabina s jedne strane štiti generatorski sustav od okolišnih utjecaja, a s druge štiti okoliš odbuke dotičnog sustava. Kabina se nalazi na vrhu stupa. Njezini 16
najbitniji dijelovi za jedan opći vjetroagregat, uz određene specifičnosti ovisno o proizvođaču i modelu su: kućište, elementi za uležištenje sporohodnog vratila, zupčanički prijenosnik, brzohodno vratilo s disk kočnicom, generator, kontrolna jedinica, rashladni sustav, motorni pogon za zakretanje kabine s kočnicom i hidraulički pogon. Zupčanički prijenosnik povećava brzinu vrtnje prijenosnim omjerom od 30 do 60 puta. Iz njega izlazi brzohodno vratilo koje pokreće generator. Kod nekih tipova vjetroagregata generator je direktno spojen na rotor bez prijenosnika. Elektronički kontrolni sustav uz pomoć podataka s kontrolne jedinice (koja mjeri podatke o brzini i smjeru vjetra) prati uvjete rada vjetroagregata. Stup Stup može biti izveden kao cjevasto konični, teleskopski, rešetkasti, učvršćeni i povezani. Danas se najčešće koristi cjevasta konstrukcija, a prednost joj se nalazi u tome što ju osim visoke čvrstoće karakterizira i veća otpornost na vibracije. Prednost rešetkaste konstrukcije nalazi se u jednostavnosti, a budući da ju je moguće rastaviti na manje dijelove prikladnija je za prijevoz i ugradnju. Unutar cijevastog stupa se nalaze stube ili ljestve, a kod većih se ponekad ugrađuje i dizalo. U podnožju se nalazi transformator koji povezuje vjetroagregat sa srednjenaponskom mrežom, te kontrolna i mjerna jedinica. Transformator se ponekad nalazi i u zasebnoj građevini u podnožju stupa. Prijenosnik snage Prijenosnik snage je u većini slučajeva multiplikator i može biti različitih izvedbi. Hlađenje prijenosnika se najčešće vršizrakom, a podmazivanje sintetičkim uljem. Prilikom analiziranja načina na koji se vrtnja prenosi s vjetroturbinskog kola na električni generator, naročitu važnost zauzimaju materijali izrade elemenata sklopa, vrsta prijenosa i prijenosni omjer. Vjetroturbina i generator su spojeni pomoću mehaničke spojke za koju se najčešće podrazumijeva da u sebi ima mjenjačku kutiju s prijenosnikom. Prijenosnik ima funkciju prilagođavanja niže brzine vrtnje rotora vjetroturbine višoj brzini vrtnje rotora električnog generatora. Ukoliko su generatori višepolni niskobrzinski i po mogućnosti sinkroni s uzbudnim namotom ili uzbudnim permanentnim magnetima, mehanički prijenosnik nije potreban (što je slučaj kod vjetroturbina novijeg dizajna). Iznos snage pretvorbe vjetroturbine regulira se pomoću sustava za upravljanje kutom zakreta lopatica (eng. pitch regulated), koji također može postojati unutar opreme nekih vjetroturbina, ali i ne mora. Korištenjem tog regulacijskog mehanizma elisa se zakreće oko svoje duže osi i omogućuje smanjenje mehaničke snage, ovisno o karakteristikama vjetroturbine. Ako vjetroturbina nema regulacijski sustav zakretanja, naglasak se stavlja na konstrukciju lopatica koje se projektiraju prema aerodinamičkom efektu, tako je, u slučaju previsokih brzina vjetra, vjetroturbina zaštićena od povišenja snage. Prikljucak na elektrenergetski sustav S obzirom na priključak na elektroenergetski sustav vjetroelektrane mogu biti: vjetroelektrane izravno priključene na mrežu i u izvedbi sa stalnom brzinom vrtnje ili vjetroelektrane u izvedbi s promjenjivom ili djelomično promjenjivom brzinom vrtnje. 17
Vjetroelektrane izravno priključene na mrežu Vjetroagregat s asinhronim generatorom Asinkroni generatori se najčešće koriste kada je vjetroelektrana priključena na krutu mrežu. Krutu mrežu karakterizira velika naponska i frekvencijska krutost. Osnovna prednost im je jednostavnija i jeftinija konstrukcija, iako s druge strane moraju imati kompenzacijski uređaj (uglavnom uklopive kondenzatorske baterije) i priključni uređaj kako bi se omogućilo početnu sinkronizaciju s mrežom (eng. soft starter). Vjetroagregat sa sinhronim generatorom Sinkroni generatori se najčešće primjenjuju za pretpostavljene uvjete otočnog (samostalnog) pogona. Ovdje su potrebni uzbudni sustav i regulator brzine koji će održavati napon i frekvenciju. Ovakvi generatori ne mogu se pronaći ukomercijalnim izvedbama sa stalnom brzinom u pogonu na krutu mrežu. Kod vjetroturbina nazivnih snaga većih od 500 kWnaročito je izražena potreba za uključivanjem sustava za regulaciju kuta zakretanja lopatica, što inače nije slučaj, pa tako da se spomenuti sustav ne izvodi u svim jedinicama.
18
Vjetroelektrane u izvedbi s promjenjivom ili djelomično promjenjivom brzinom vrtnje Vjetroelektrane u izvedbi s promjenjivom ili djelomično promjenjivom brzinom vrtnje mogu imati:
sinkroni ili asinkroni generator s pretvaračem u glavnom strujnom krugu, asinkroni generator s upravljivim promjenljivim klizanjem; asinkroni generator s nadsinkronom ili podsinkronom pretvaračkom kaskadom
Svaki od navedenih sustava može ali i ne mora imati sustav za regulaciju kuta zakreta lopatica. U odnosu na vjetroelektrane u izvedbi sa stalnom brzinom vrtnje, koje karakterizira jednostavnost i jeftinoća, vjetroelektrane u izvedbi s promjenjivom brzinom vrtnje pružaju mogućnost: veće proizvodnje električne energije, manjih mehaničkih naprezanja mehaničkih dijelova i ravnomjernije proizvodnje, manje ovisne o promjenama vjetra i njihajima u sustavu. Vjetroelektrane s vjetroturbinama čiji je raspon nazivnih snaga između 50 kW i 1500 kW, najčešće su izvedene s asinkronim generatorom izravno priključenim na mrežu, dok je priključak sinkronog generatora na mrežu korišten kod nekih malih vjetroelektrana, koje su uglavnom u samostojećim sustavima. Regulacijski sustav zakretanja lopatica obično se ne izvodi kod najvećih jedinica. Pogon s promjenjivom brzinom vrtnje vjetroturbine karakterizira postizanje optimizacije učinkovitosti vjetroturbine, odnosno maksimalnog iskorištenja raspoložive energije vjetra. Odgovarajućom kombinacijom generatora i pretvarača (koji je utemeljen na energetskoj elektronici) moguće je realizirati pogon s promjenjivom brzinom vrtnje. Postoji više takvih kombinacija, a svaka nosi sa sobom svoje prednosti i nedostatke 19
vezano za troškove, pogonske i upravljačke karakteristike, regulaciju faktora snage, složenost, harmoničke članove, dinamička svojstva itd. Kako bi se smanjili troškovi, električni dijelovi agregata se projektiraju za niske napone (do 1000 V) zbog čega su najčešće potrebni transformatori. U slučaju individualnog priključenja agregata na mrežu i vrijednosti nazivne snage vjetroelektrane manje od 100 kW, priključak je izveden na srednjenaponsku mrežu od 10 kV do 66 kV. Za vjetroelektrane veće od 50 MW, priključak se izvodi na visokonaponsku mrežu. U nekim zemljama priključenje vjetroelektrana na mrežu ovisi o omjeru snage kratkog spoja u točki priključenja i nazivne snage vjetroelektrane. Međutim, to vrijedi samo za slučajeve kada vjetroelektrana nije smještena u području s niskom prijenosnom moći, jer u suprotnom je teško ostvariti taj zahtjev. Ograničavanje izlazne snage i zaštita od oluja Energija koja može biti preuzeta od vjetra ovisi o brzini vjetra. Poslje dostizanja nominalne snage, snaga vjetroagregata bi trebala ostati konstantna kod svih brzina vjetra večih od nominalne brzine zbog toga jer turbina i generator ne mogu podnjeti više energije. Zbog toga, vjetroelektrana mora limitirati snagu pomoću jedne od dvaju slijedećih metoda:
Metoda zavjetrine (engl. stall control), Metoda promjene kuta lopatica rotora (engl. pitch control).
Metoda zavjetrine (engl. stall control) se bazira na efektu stvaranja vrtložnih struja, a sa time i zavjetrine kod velikih upadnih kutova koji se sami povećavaju pri povećanju brzine vjetra. Ovaj efekt uništava uzgon na površini zahvaćenoj ovim efektom te na taj način limitira snagu koju vjetar prenosi na lopatice rotora. Kod ovoga načina zaštite vjetrogeneratora lopatice rotora se ne pomiću, te kut pod kojim su postavljene uvijek ostaje konstantan. Ovakav način zaštite vjetrogeneratora se realizira samom konstrukcijom rotora te ne zahtijeva napredne tehničke sustave za njezin rad. Negativna strana ovakvog načina zaštite vjetrogeneratora je u tome što ne omogučava nikakvo naknadno upravljanje zbog toga što je ovaj način zaštite isključivo pasivan. Maksimalnu snagu novodizajniranog rotora nije lako procijeniti zbog
kompliciranog matematičkog proračuna strujanja fluida. Nakon dosizanja maksimalne snage, 20
izlazna snaga generatora zaštičenog ovom metodom opada. Ovako zaštičeni sustavi moraju imati još dodatneaerodinamičke kočnice koje pomažu vjetrogeneratorima sa ovakvim načinom zaštite da prežive oluje. Metoda promjene kuta lopatica rotora (engl. pitch control) se zasniva na zaštiti svojih vjetroagregata pomoću promijenjivog kuta lopatica rotora, iako je ovu metodu zaštite tehnički puno teže izvesti. Međutim, pošto je ova metoda zaštite aktivna metoda, ona se može prilagoditi različitim uvijetima. Zaštita metodom promjene kuta lopatica rotora automatski prilagođava kut lopatica rotora, a samim time i upadni kut, smanjujući ga ili povečavajući, ovisno o prilikama. Lopatice rotora se okreću u vijetar prilikom većih brzina vjetra, smanjujući upadni kut i tako se aktivno smanjuje ulazna snaga na lopaticama rotora. Izrada ovako zaštičenih i kontroliranih vjetroagregata je složenija, zato jer lopatice rotora moraju biti pomično učvrščene na vrh osovine, i mora postojati još dodatni motor koji mi upravljao nagibom lopatica. Manji sustavi uobičajeno upotrebljavaju mehanički kontroliran mehanizam promjene kuta lopatica rotora oslanjajući se na centrifugalnu silu. Ako se vjetrogenerator kompletno isključen zbog zaštite od oluje i ako ima mogučnost zakretanja kuta lopatica rotora, mogu joj se lopatice rotora okrenuti u položaj pera (najmanja moguća silueta koja stoji na putu vjetra), te se tako smanjuje njen otpor vjetru i mogučnost oštečenja. Sustav za praćenje vjetra (engl. yawing) može se svrstati u u sustave za povećanje iskoristivosti vjetrogeneratora i u sustave za zaštitu vjetroagregata s vodoravnom (horizontalnom) osi. Ovaj sustav radi na principu horizontalnog zakretanja vjetrogeneratora.
Vjetroagregati s vodoravnom (horizontalnom) osi, za razliku od vjetroagregata s vertikalnom osi, moraju uvijek svojom orijentacijom pratiti smjer vjetra. Orijentacija lopatica rotora uvijek mora biti tako namještena da su lopatice rotora okrenute prema vjetru pod optimalnim kutem. Ovo može biti problem za vjetrogeneratore sa promijenjivim kutem lopatica rotora ako su 21
postavljene na mjestu gdje dolazi do vrlo brze promjene smijera vjetra zbog toga jer može doći do velikih promjena u snazi o čemu se mora voditi računa prilikom horizontalnog zakretanja vjetroagregata i prema tome se korigirati brzina rotora. Za zakretanje vjetroagregata u horizontalnom smjeru cijelo kučište vjetrogeneratora s rotorom, prijenosom i generatorom mora biti pomično postavljeno na vrhu stupa. Sustav za mjerenje vjetra smješten na kučištu mjeri i izračunava brzinu i smjer vjetra i prema tim podatcima upravljački sustav odlučuje kada, za koliko i u kojem smijeru zaokrenuti kučište i rotor vjetrogeneratora. Kada kučište i rotor dođu u optimalni položaj pokreče se horizontalna kočnica koja drži vjetrogenerator u tom položaju. U stvarnosti postoji uvijek malo odstupanje od smjera vjetra i optimalnog položaja rotora. To odstupanje uobičajno iznosi oko 5%. Električni generatori Turbinski dio vjetrenjače s rotorom, kočnicama i prijenosnikom snage predstavlja važan dio cjelokupnog sustava, čija je osnovna funkcija pogon generatora. Za pravilan i siguran rad vjetroagregata, generator mora ispunjavati određene zahtjeve kao što su:
visok stupanj iskoristivosti u širokom krugu opterećenja i brzine okretanja; izdržljivost rotora na povećanim brojevima okretaja u slučaju otkazivanja svih zaštitnih sustava; izdržljivost, odnosno postojanost konstrukcija na visokim dinamičkim optereće njima prilikom kratkih spojeva, te pri uključivanju i isključivanju generatora; uležištenje generatora na način da jamče dugotrajnost.
Uzimajući u obzir nepogodne i promjenjive uvijete rada (povećane vlažnosti, slanosti, zatim otpornost na krute čestice, povišenu temperaturu i dr.) pred generatore se također postavlja zahtjev pouzdanosti sa što je moguće manje održavanja. Razni su kriteriji prema kojima se može izvršiti podjela generatora. Tako se prema načinu rada generatori mogu podijeliti na generatore za:
22
paralelni rad s postojećom distributivnom mrežom; samostalni rad; spregnuti rad s drugim izvorima.
Prema vrsti električne struje koju generatori generiraju, generatori mogu biti:
generatori istosmjerne struje (generatori istosmjerne struje se zbog problema s pouzdanosti rijetko primjenjuju); generatori izmjenične struje.
Prema načinu okretanja generatori mogu biti:
generatori s promjenjivom brzinom okretanja i generatori s nepromjenjivom brzinom okretanja.
Također postoji podjela prema veličini tj. snazi. Generatori s promjenjivom brzinom okretanja su:
sinkroni ili asinkroni generator s pretvaračem u glavnom strujnom krugu; asinkroni generator s upravljivim promjenljivim klizanjem; asinkroni generator s nadsinkronom ili podsinkronom pretvaračkom kaskadom.
Generatori s nepromjenjivom brzinom okretanja su:
vjetroturbina s asinkronim generatorom. Asinkroni generatori se najčešće priključuju na krute električne mreže. Krutu mrežu karakterizira velika naponska i frekvencijska stabilnost. Osnovna prednost im je jednostavnija i jeftinija konstrukcija, iako s druge strane moraju imati kompenzacijski uređaj (uglavnom uklopive kondenzatorske baterije) i priključni uređaj kako bi se omogućilo početnu sinkronizaciju s mrežom; vjetroturbina sa sinkronim generatorom. Upotrebljevaju se za spajanje na ne tako krute električne mreže, npr. kod spajanja na otočni električni sustav. Ovdje su potrebni uzbudni sustav i regulator brzine koji će održavati napon i frekvenciju. Ovakvi generatori ne mogu se pronaći u komercijalnim izvedbama sa stalnom brzinom u pogonu na krutu mrežu. Kod vjetroturbina nazivnih snaga većih od 500 kW naročito je izražena potreba za uključivanjem sustava za regulaciju kuta zakretanja elise propelera, što inače nije slučaj, pa tako da se spomenuti sustav ne izvodi u svim jedinicama.
UTICAJ VJETROELEKTRANA NA OKOLIS Vjetroelektrane ne zahtijevaju potrošnju goriva za kontinuiran rad, nemaju nikakvu emisiju direktno vezanu uz proizvodnju struje. Vjetroelektrane ne proizvode ugljični dioksid, sumporov dioksid, živu, čestice, i mnoge druge vrste zagađenja zraka, kao što
23
stvaraju fosilna goriva. Vjetroelektrane troše resurse samo u proizvodnji i izgradnji. Tjekom proizvodnje vjetroelektrane, čelik, beton, aluminij te drugi materijali, moraju se proizvesti i transportirati koristeći procese koji zahtijevaju mnogo energije. Pri tim procesima koriste fosilne izvore energije. Proizvođač vjetroelektrana Vestas, tvrdi da se početna emisija ugljičnog dioksida isplati u roku od otprilike devet mjeseci rada vjetroelektrana u blizini obale.[29] Studija iz 2006. zaključila je da je emisija ugljikovog dioksida CO2 od vjetrovne energije između 14 do 33 tona po GWhproizvedene energije. Većina emisije CO2 dolazi od proizvodnje betona za temelje vjetroturbine.[30] Studija Irske nacionalne mreže govori da "Proizvodnja električne energije iz vjetra smanjuje potrošnju fosilnih goriva te time smanjuje emisiju CO2", uočili su smanjenje u emisiji CO2 u razini od 0,33 do 0,59 tona CO2 po MWh. [31] Studija UKERC-a o intermitentnosti također zaključuje da vjetrovna energija može zamijeniti proizvodnju baziranu na fosilnim gorivima, smanjujući i potrošnju goriva i emisiju ugljičnog dioksida.[32] Ispitivanja pokazuju da vjetroelektrane imaju sve veću podršku medu ljudima. Tako 71% pučanstva u Europskoj Uniji iskazuje svoju potporu za gradnju vjetroelektrana (izvor: ewea.org). Postotak potpore vjetroelektranama je još veći kod dijela pučanstva koje u blizini svog životnog prostora ima izgrađene vjetroelektrane. Vjetroelektrane su također odraz razvoja i brige neke zemlje za svoj okoliš, zrak, zdravlje i hranu, te kao takve stvaraju pozitivnu sliku o regiji u kojoj se nalaze Pozitivni utjecaji na okoliš Prilikom rada vjetroenergetskih postrojenja ne dolazi ni do kakvih emisija ispušnih plinova ili krutih čestica, niti postoje drugi oblici zagađivanja okoliša koji karakteriziraju konvencionalne energetske objekte i nuklearne elektrane. Instaliranjem vjetroelektrana umjesto termoelektrana na fosilna goriva, sprječava se emisija ugljikovog dioksida CO 2. Poznato je da su ugljikov dioksid CO2 i sumporov dioksid SO2 jedni od najvećih zagađivača našeg planeta koji stvaraju ozonske rupe, stakleničke plinove, kisele kiše, zagađuju vodu, povećavaju globalno zatopljenje i drugo. Ispod stupova vjetroelektrane mogu se obavljati poljodjelski, stočarski i slični radovi kao i ispod visokonaponske mreže. Prednost vjetroelektrana je i u tome što se mogu smjestiti podjednako na neobradivim površinama, morskoj pučini ili poljoprivrednom zemljištu, a posebnost što se prostor između stupova generatora i dalje može koristiti. Negativni utjecaji na okoliš Jedan od najvećeg problema je buka koju stvaraju vjetroelektrane prilikom vrtnje propelera i pogonskog mehanizma generatora koji je smješten u gondoli. Danas buka, sa sve savršenijim tehnološkim rješenjima zvučne izolacije je smanjena kao problem. Neki smatraju da visina stupova stvara ružan ugođaj i tako narušava izgled postojećeg okoliša gdje je smještena sama vjetroelektrana. U mnogim zemljama vjetroelektrane su turistička atrakcija, te se prema stupnju uređenosti i čistoće mogu mjeriti sa nacionalnim parkovima. Samo jednu vjetroelektranu u Škotskoj (Vjetroelektrana Scroby Sands) godišnje posjeti preko 35
24
000 turista, a 90% ispitanih turista koji su posjetili tu škotsku vjetroelektranu izjavilo je kako su bili veoma zadovoljni izletom. Opasnost za ptice često je glavna zamjerka protiv gradnje vjetroelektrana. Međutim, studije procjenjuju da su vjetroelektrane odgovorne za 0,3 do 0,4 pogibelji ptica po gigawat-satu (GWh) struje, dok su elektrane na fosilna goriva odgovorne za oko 5,2 pogibelji po GWh. Stanje u svijetu danas Krajem 2010. na svijetu je bilo instalirano oko 197 GW vjetroagregata, a godišnji prirast je bio oko 35 - 40 GW (37,642 GW 2010.). Kina je preuzela vodeće mjesto u godišnjoj količini instalacija s udjelom većim od 50%, a i vodeće mjesto u ukupno instaliranoj snazi, gdje je obišla SAD. U Europi prva dva mjesta drže Njemačka i Španjolska. Sektor vjetra u svijetu je tokom 2010. napravio prometa 40 milijardi eura, a u industriji vjetra je bilo zaposleno oko 670 000 ljudi. Najveći udio energije vjetra u ukupnoj proizvodnji je u Danskoj (21%), Portugalu (18%) i Španjolskoj (16%). Najveći svjetski proizvođač vjetroagregata je trenutačno danski Vestas, drugi je kineski Sinovel, a prate ih američki GE, i kineski Goldwind. Na petom mjestu je njemački Enercon. Treba napomenuti da su moderni vjetroagregati napravljeni potpuno u skladu s zahtjevima električnih prijenosnih i distribucijskih mreža, odnosno prema pravilima funkcioniranja istih, te gotovo po svemu imaju osobine klasičnih elektrana. Jedina iznimka je intermitentnost samog izvore energij
25
26
27
IZVORI 1.
↑ [1] "Moderni vjetroagregati i pretvorba energije", www.vjetroelektrane.com, 2012.
2.
↑ [2] "Zašto graditi vjetroelektrane u Hrvatskoj?", www.vjetroelektrane.com, 2010.
3.
↑ [3] "Started in August 2001, the Jaisalmer based facility crossed 1,000 Mw capacity to achieve this milestone"
4.
↑ [4] "Suzlon creates India’s largest wind park; crosses 1 GW capacity in Jaisalmer"
5.
↑ [5] "E.ON Delivers 335-MW of Wind in Texas"
6.
↑ [6] AWEA: "U.S. Wind Energy Projects - Texas"
7.
↑ [7] Alta Wind Energy Center: "California U.S. Wind Energy Projects - California", 2009.
8.
↑ [8] Industry Statistics, 2Q 2011.
9.
↑ [9] "Capricorn Ridge Wind Energy Center"
10.
↑ [10] AWEA: "U.S. Wind Energy Projects - Indiana"
11.
↑ [11] "GE unit expands wind energy portfolio", publisher= GE Energy, 2007.
12.
↑ [12] "Drilling Down: What Projects Made 2008 Such a Banner Year for Wind Power?"
13.
↑ China "Dabancheng Wind Farm now has a combined generating capacity of 500 MW"
14.
↑ Energy Information Administration - October 2010 Electric Power Monthly
15.
↑ [13] "Budućnost morskih vjetroelektrana", www.hrastovic-inzenjering.hr, 2012.
16.
↑ [14] "Plutajuće morske vjetroturbine", www.hrastovic-inzenjering.hr, 2012.
17.
↑ [15] "Višenamjenske
vjetroelektrane
na
Jadranu
zaposlile
bi
30.000
radnika",
www.vjesnik.com, 2012. 18.
↑ [16] "Vjetroelektrane u regiji", www.vjetroelektrane.com, 2011.
19.
↑ [17] Erin Buller: "Capturing the wind", publisher =Uinta County Herald, 2008.
20.
↑ [18] Vestas: "Life Cycle Assessments (LCA)", 2008.
21.
↑ www.springerlink.com
22.
↑ [19] "Impact of Wind Generation in Ireland on the Operation of Conventional Plant and the Economic Implications", 2004., publisher= ESB National Grid [29]
23.
↑ Robert Gross, Philip Heptonstall, Dennis Anderson, Tim Green, Matthew Leach, Jim Skea: "The Costs and Impacts of Intermittency", [30], publisher=UK Energy Research Council, 2006.
24.
↑ [20] "Mitovi o vjetroelektranama (FAQ)", www.vjetroelektrane.com, 2012.
25.
↑ [www.vjetroelektrane.com/znacaj-i-vizija?showall=1] "Značaj i vizija energije vjetra u budućnosti", www.vjetroelektrane.com, 2012.
28
