Co to jest turbina wiatrowa?

Turbina wiatrowa jest dużym urządzeniem obrotowym, które przekształca energię wiatru w energię mechaniczną. Tę energię mechaniczną można następnie wykorzystać do prostych zadań mechanicznych, takich jak obracanie dużych kół w celu mielenia ziarna, w którym to przypadku turbinę wiatrową określa się jako wiatrak. Może być również wykorzystywany jako źródło energii elektrycznej, do pobliskiego zastosowania lub po przeniesieniu liniami wysokiego napięcia do centralnej rozdzielni, w którym to przypadku jest nazywany generatorem wiatrowym.

Turbina wiatrowa jest używana od wieków w formie wiatraka. Wiele części świata nadal intensywnie korzysta z turbin do mielenia ziarna i pompowania wody. Wiatraki umożliwiają osobom bez dostępu do pomp elektrycznych pobieranie wody z głębokości poniżej poziomu wód gruntowych, pomagając zapewnić dostęp do czystej wody i chronić przed chorobami przenoszonymi przez wodę.

W ostatnich latach turbina wiatrowa jako generator elektryczny zaczęła być wykorzystywana jako znaczące źródło wytwarzania energii na całym świecie. W globalnym odejściu od energii z paliw kopalnych do bardziej zrównoważonych form energii, energia wiatrowa stała się ważnym graczem. Jest stosunkowo niedrogi, może być stosowany w wielu różnych regionach świata i może być dość wydajny. Chociaż istnieją pewne obawy dotyczące środowiska dotyczące generatorów wiatrowych, są one generalnie niewielkie, a ponad 120 gigawatów (GW) energii elektrycznej jest wytwarzanych na całym świecie dzięki wykorzystaniu energii wiatrowej.

Same turbiny można podzielić na dwie odrębne grupy: turbiny wiatrowe o osi poziomej (HAWT) i turbiny wiatrowe o osi pionowej (VAWT). Większość turbin, do których ludzie są przyzwyczajeni, to HAWT, oparte na znanym projekcie wiatraka. Nowoczesne HAWT mają zazwyczaj trzy ostrza, znajdujące się na szczycie ogromnych wież, aby przenieść je na wysokość, na której wiatr jest znacznie wyższy.

Większość HAWT jest kontrolowana przez komputery, aby automatycznie zamieniały się w wiatr, aby jak najlepiej wykorzystać obecny wiatr. HAWT nie wymagają żadnego cofania się, ponieważ ich ostrza zawsze poruszają się prostopadle do wiatru. W rezultacie przez cały czas obracania się wytwarzają elektryczność, w przeciwieństwie do VAWT. Jednak HAWT są niezwykle drogie w transporcie, ponieważ są ogromne i często zdarza się, że 20% całkowitych kosztów wydaje się na sam transport. Dodatkowo ich wysokość może sprawić, że będą nieprzyjemne pod względem estetycznym, a instalacja jest procesem trudnym, kosztownym i czasochłonnym.

Z drugiej strony turbina wiatrowa o pionowej osi (VAWT) ma wałek wirnika wystający prosto w powietrze, a folie wychwytują wiatr i obracają cały wał. Najczęściej spotykanym typem jest turbina wiatrowa Darrieus, która z grubsza wygląda jak duże jajko. VAWT wymagają znacznie mniejszej wysokości i są znacznie tańsze w transporcie i instalacji, i są w stanie wytwarzać energię elektryczną przy znacznie wolniejszych prędkościach wiatru niż HAWT. Jednak ich ogólna wydajność wynosi około 50% wydajności HAWT, a ponieważ znajdują się niżej nad ziemią, mają tendencję do odczuwania znacznie niższych prędkości wiatru.

Oprócz dwóch głównych typów turbin wiatrowych, które stanowią zdecydowaną większość turbin na świecie, istnieje również wiele niestandardowych konstrukcji. Są to zwykle odmiany HAWT lub VAWT, takie jak aerogenerator lub turbina z wirnikiem kanałowym. Zaproponowano również jeszcze dziwniejsze warianty, takie jak turbina wiatrowa z lewitacją magnetyczną i powietrzna turbina wiatrowa, a w niektórych przypadkach eksperymentowano. Jednak większość alternatywnych projektów nie spotkała się jeszcze z powszechną akceptacją handlową.