Ujarzmiony wiatr

Mianem wiatru określa się poziome względem powierzchni ziemi przemieszczenia mas powietrza. Zjawisko to jest spowodowane występowaniem różnic ciśnienia atmosferycznego.

Ruch powietrza, podobnie jak każdego ciała, wiąże się z energią kinetyczną.

Jak wielka potrafi ona być przekonujemy się obserwując destrukcyjny potencjał huraganów. Tak duża naturalna siła już wieki temu prowokowała próby jej okiełznania w celach użytkowych.

Prawdopodobnie wiatr został po raz pierwszy wykorzystany do podróżowania. Przez wiele stuleci zarówno małe łodzie, jak i okręty, przemierzały pod żaglami znaczne odległości. Pomysł bezpośredniego użycia energii kinetycznej wiatru do popychania był stosunkowo prosty. Bardziej zaawansowane technologie przetwarzające energię wiatru na pracę też nie są nowe. Już kilkaset lat przed naszą erą na terenach Indii i Chin stosowano wiatraki pompujące wodę. Ułatwiały one prace związane z nawadnianiem i osuszaniem pól, będąc napędem pomp wodnych w systemach irygacyjnych. Równie stare jest wykorzystanie wiatraków do mielenia.

Ciężka fizyczna praca została tutaj zastąpiona mechanizmem, którego najważniejszym elementem był napędzany wiatrem kamień młyński. W obu omawianych przypadkach mamy do czynienia z przeniesieniem energii kinetycznej wiatru na taką samą energię elementu roboczego. Wiatr uderzając w śmigło wirnika powoduje dodatni nacisk na żagiel, podczas gdy nad nim nacisk jest ujemny. Ta różnica ciśnienia generuje siłę napędzającą śmigło. Wytworzony ruch obrotowy może być zagospodarowany zależnie od potrzeb.

W Europie pierwsze wiatraki pojawiły się w VIII wieku. Najwcześniej wznoszono wiatraki kozłowe. Swoją nazwę zawdzięczają specjalnej podstawie podtrzymującej tzw. kozłowi. Trzy kondygnacyjny, w całości drewniany budynek można było dowolnie odwracać zależnie od kierunku wiatru. Służyły temu specjalne dyszle. Podobna do omawianej była konstrukcja typu paltrak.
Był on solidniejszy niż koźlak. Cechowało go duże bogactwo urządzeń oraz większa masa. Zupełnie inaczej wyglądał wiatrak holenderski. Typowy dla niego był nieruchomy, często murowany korpus, na którym osadzona była obrotowa wieżyczka ze śmigłem. Wyposażona była ona w mechanizm automatycznie dostosowujący jej orientację względem kierunku wiatru.

Ta innowacja eliminowała uciążliwy obowiązek obracania całego wiatraka i zapewniała optymalną jego pracę. Holendry po szybkim rozpowszechnieniu zastąpiły wcześniejsze konstrukcje, jednak na terenie Polski nie zdołały wyprzeć koźlaków. Tradycyjne zastosowanie energii wiatru nie oparło się postępowi cywilizacyjnemu. Dawne młyny są obecnie ozdobą krajobrazu oraz pamiątką myśli technicznej.

Naturalne, czyste i niewyczerpywalne źródło energii nie mogło jednak pozostać niezagospodarowane. Najważniejszą innowacją w wykorzystaniu wiatru było zastosowanie go do produkcji energii elektrycznej. Energia kinetyczna jest w tym przypadku zamieniana na pracę mechaniczną wirnika prądnicy, czego wynikiem jest indukcja elektromagnetyczna.

Początkowo turbiny wiatrowe służyły mieszkańcom wsi oddalonych od zaopatrzonych w energię miast.  Nierzadko były jedynym źródłem elektryczności.

Jednakże rozwój sieci dystrybucji stopniowo ograniczał ich stosowanie. Powodem takiego stanu rzeczy był znacznie większy potencjał siłowni węglowych a później jądrowych. Powrót do energetyki wiatrowej stał się możliwy dzięki rosnącej świadomości ekologicznej. Obawa przed zbytnim ociepleniem klimatu na skutek emisji dwutlenku węgla, związanej ze spalaniem kopalin oraz tradycyjne kontrowersje wokół elektrowni jądrowych zmuszają do szukania alternatywnych zasobów energetycznych.
Powrót turbin wiatrowych ułatwił postęp techniczny w zakresie ich konstrukcji. Obecnie stosowane są turbiny bębnowe, śmigłowe (najczęściej stosowane we współczesnych elektrowniach wiatrowych), rotorowe, karuzelowe i inne. W zależności od wielkości współczesne pojedyncze urządzenie może generować do kilku MW energii.

Początkowy entuzjazm związany z energetyką wiatrową okazał się nadmierny. Praktyczne zastosowanie turbin wiąże się z wieloma problemami. Na siłę i kierunek wiatru człowiek wpływu nie ma. Generator pracuje w zakresie prędkości wiatru od 3-8 km/h do 60-80 km/h. Należy więc to źródło energii traktować jako okresowe. Mimo, iż wznoszenie elektrowni poprzedzają długie obserwacje warunków pogodowych, konieczne jest utrzymywanie rezerw mocy. Nie można całkowicie zrezygnować z siłowni klasycznych, traci więc znaczenie postulat ich zastępowania.

Przy wyborze lokalizacji elektrowni wiatrowych trzeba liczyć się z protestami mieszkańców, mogących skarżyć się na hałas oraz zeszpecenie krajobrazu. Możliwości ogranicza też ilość i obszar miejsc, które mają odpowiednie warunki wiatrowe przez cały rok. Kolejnym problemem jest konieczność wznoszenia całego parku turbin ze względu na ich stosunkowo małą moc. Odpowiedzią na omawiane trudności jest lokalizowanie elektrowni na morzu. Dodatkową zaletą tego rozwiązania jest stałość morskiego wiatru, wadą – znacznie większy koszt inwestycji i jej późniejszej obsługi. Jak na ironię inny problem zauważyli ekolodzy.

Duże wirujące łopaty są zagrożeniem dla ptaków, szczególnie gdy są zlokalizowane na trasach ich wędrówek. Poza niebezpieczeństwem urazów istnieje ryzyko zakłócania ptasiej nawigacji. W przypadku lokalizowania turbin na morzu hałas i efekty wizualne mogą płoszyć zwierzęta wodne. Najważniejszym czynnikiem decydującym o przyszłości energetyki wiatrowej będzie z pewnością rachunek ekonomiczny.

Według obliczeń ta forma alternatywnego pozyskiwania elektryczności jest najdroższa z dostępnych. Biorąc pod uwagę koszty oraz kontrowersje związane z energetyka wiatrową jej przyszłość nie rysuje się pewnie.

 

 

Ecoportal.com.pl, Julian Z Pankiewicz

Może Ci się również spodoba