ΠΏΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΟΎΝ ΟΙ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΉΤΡΙΕΣ;

Send

Ίσως τα έχετε δει ενώ οδηγείτε στην εξοχή. Ή ίσως τους είδατε ακριβώς έξω από την ακτή, να υψώνονται στον ορίζοντα με τις περιστρεφόμενες λεπίδες τους. Και πάλι, μπορεί να τους έχετε δει στην οροφή κάποιου ή ως μέρος μιας αστικής επιχείρησης μικρής κλίμακας. Ανεξάρτητα από την τοποθεσία, οι ανεμογεννήτριες και η αιολική ενέργεια γίνονται όλο και πιο κοινά χαρακτηριστικά στον σύγχρονο κόσμο.

Πολλά από αυτά έχουν να κάνουν με την απειλή της κλιματικής αλλαγής, της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και της επιθυμίας να απογαλακτιστεί η ανθρωπότητα από την εξάρτησή της από τα ορυκτά καύσιμα. Και όταν πρόκειται για εναλλακτική και ανανεώσιμη ενέργεια, η αιολική ενέργεια αναμένεται να καταλάβει το δεύτερο μεγαλύτερο μερίδιο της αγοράς στο μέλλον (μετά την ηλιακή ενέργεια). Αλλά πώς ακριβώς λειτουργούν οι ανεμογεννήτριες;

Περιγραφή:

Οι ανεμογεννήτριες είναι συσκευές που μετατρέπουν την κινητική ενέργεια του ανέμου και οι αλλαγές στη ροή του αέρα σε ηλεκτρική ενέργεια. Γενικά, αποτελούνται από τα ακόλουθα εξαρτήματα: έναν ρότορα, μια γεννήτρια και ένα δομικό στοιχείο στήριξης (το οποίο μπορεί να έχει τη μορφή είτε πύργου, μηχανισμού εκτροπής ρότορα, είτε και των δύο).

Ένας ρότορας αποτελείται από τις λεπίδες που συλλαμβάνουν την ενέργεια του ανέμου και έναν άξονα, που μετατρέπει την αιολική ενέργεια σε περιστροφική ενέργεια χαμηλής ταχύτητας. Η γεννήτρια - που είναι συνδεδεμένη στον άξονα - μετατρέπει την αργή περιστροφή σε υψηλή σε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας μια σειρά μαγνητών και έναν αγωγό (που συνήθως αποτελείται από κουλουριασμένο σύρμα χαλκού).

Όταν οι μαγνήτες περιστρέφονται γύρω από το χαλκό σύρμα, παράγει μια διαφορά στο ηλεκτρικό δυναμικό, δημιουργώντας τάση και ηλεκτρικό ρεύμα. Τέλος, υπάρχει το δομικό στοιχείο στήριξης, το οποίο διασφαλίζει ότι ο στρόβιλος είτε βρίσκεται σε αρκετά υψηλά υψόμετρα ώστε να συλλάβει βέλτιστα τις αλλαγές στην πίεση του ανέμου ή / και να βλέπει προς την κατεύθυνση της ροής του ανέμου.

Τύποι ανεμογεννητριών:

Προς το παρόν, υπάρχουν δύο κύριοι τύποι ανεμογεννητριών - οι ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα (HAWT) και οι ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα (VAWT). Όπως υπονοεί το όνομα, οι οριζόντιες ανεμογεννήτριες έχουν έναν κύριο άξονα ρότορα και ηλεκτρική γεννήτρια στην κορυφή ενός πύργου, με τις λεπίδες στραμμένες προς τον άνεμο. Ο στρόβιλος είναι συνήθως τοποθετημένος προς τα πάνω του πύργου στήριξής του, καθώς ο πύργος είναι πιθανό να προκαλέσει αναταραχή πίσω από αυτόν.

Οι στρόβιλοι κάθετου άξονα (για άλλη μια φορά, όπως υποδηλώνει το όνομα) έχουν τον κύριο άξονα του ρότορα διατεταγμένο κάθετα. Συνήθως, αυτά είναι μικρότερα στη φύση και δεν χρειάζεται να στραφούν προς την κατεύθυνση του ανέμου για να περιστραφούν. Έτσι μπορούν να εκμεταλλευτούν τον άνεμο που είναι μεταβλητός από την άποψη της κατεύθυνσης.

Γενικά, οι ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα θεωρούνται αποδοτικότερες και μπορούν να παράγουν περισσότερη ισχύ. Ενώ το κατακόρυφο μοντέλο παράγει λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια, μπορεί να τοποθετηθεί σε χαμηλότερα υψόμετρα και χρειάζεται λιγότερα με τον τρόπο των εξαρτημάτων (ιδιαίτερα ενός μηχανισμού εκτροπής). Οι ανεμογεννήτριες μπορούν επίσης να χωριστούν σε τρεις γενικές ομάδες με βάση το σχεδιασμό τους, που περιλαμβάνει τα μοντέλα Towered, Savonius και Darrieus.

Το υπόγειο μοντέλο είναι η πιο συμβατική μορφή του HAWT, που αποτελείται από έναν πύργο (όπως υποδηλώνει το όνομα) και μια σειρά μακριών λεπίδων που κάθονται μπροστά από (και παράλληλα προς) τον πύργο. Το Savonis είναι ένα μοντέλο VAWT που βασίζεται σε περιγράμματα λεπίδων (σέσουλες) για να συλλάβει τον άνεμο και να γυρίζει. Είναι γενικά χαμηλής απόδοσης, αλλά έχουν το πλεονέκτημα της αυτοεκκίνησης. Αυτά τα είδη στροβίλων είναι συχνά μέρος των εργασιών ανέμου στον τελευταίο όροφο ή τοποθετούνται σε θαλάσσια σκάφη.

Το μοντέλο Darrieus, επίσης γνωστό ως στρόβιλος "Eggbeater", πήρε το όνομά του από τον Γάλλο εφευρέτη που πρωτοστάτησε στο σχέδιο - Georges Darrieus. Αυτό το μοντέλο VAWT χρησιμοποιεί μια σειρά κατακόρυφων λεπίδων που κάθονται παράλληλα με την κάθετη στήριξη. Είναι γενικά χαμηλής απόδοσης, απαιτούν επιπλέον ρότορα για να αρχίσουν να περιστρέφονται, να παράγουν υψηλή ροπή και να τοποθετούν υψηλή πίεση στον πύργο. Ως εκ τούτου, θεωρούνται αναξιόπιστα καθώς τα σχέδια πηγαίνουν.

Ιστορία της ανάπτυξης:

Η αιολική ενέργεια έχει χρησιμοποιηθεί για χιλιάδες χρόνια για να ωθήσει πανιά, ανεμόμυλους ισχύος ή για να δημιουργήσει πίεση για αντλίες νερού. Τα πρώτα γνωστά παραδείγματα προέρχονται από την Κεντρική Ασία, όπου οι ανεμόμυλοι που χρησιμοποιούνται στην αρχαία Περσία (Ιράν) χρονολογούνται μεταξύ 500 - 900 μ.Χ. Η τεχνολογία άρχισε να εμφανίζεται στην Ευρώπη κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα, και έγινε ένα κοινό χαρακτηριστικό μέχρι τον 16ο αιώνα.

Μέχρι τον 19ο αιώνα, με την ανάπτυξη της ηλεκτρικής ενέργειας, κατασκευάστηκαν οι πρώτες ανεμογεννήτριες με δυνατότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το πρώτο εγκαταστάθηκε το 1887 από τον σκωτσέζικο ακαδημαϊκό James Blyth για να φωτίσει την παραθεριστική του κατοικία στο Marykirk της Σκωτίας. Το 1888, ο Αμερικανός εφευρέτης Charles F. Brush δημιούργησε την πρώτη αυτοματοποιημένη ανεμογεννήτρια που τροφοδοτεί το σπίτι του στο Κλίβελαντ του Οχάιο.

Στις αρχές του 20ού αιώνα, οι ανεμογεννήτριες άρχισαν να αποτελούν κοινό μέσο τροφοδοσίας σπιτιών σε απομακρυσμένες περιοχές (όπως αγροκτήματα). Το 1941, η πρώτη ανεμογεννήτρια κατηγορίας μεγαβάτ εγκαταστάθηκε στο Βερμόντ και συνδέθηκε με το τοπικό δίκτυο κοινής ωφέλειας. Το 1951, το Ηνωμένο Βασίλειο εγκατέστησε την πρώτη του ανεμογεννήτρια συνδεδεμένη με δίκτυο-δίκτυο στο Orkney Islands.

Μέχρι τη δεκαετία του 1970, η έρευνα και η ανάπτυξη της τεχνολογίας ανεμογεννητριών προχώρησε σημαντικά χάρη στην κρίση του ΟΠΕΚ και τις διαμαρτυρίες κατά της πυρηνικής ενέργειας. Τις επόμενες δεκαετίες, ενώσεις και λομπίστες αφιερωμένοι στην εναλλακτική ενέργεια άρχισαν να εμφανίζονται στα δυτικά ευρωπαϊκά έθνη και στις Ηνωμένες Πολιτείες. Μέχρι την τελευταία δεκαετία του 20ού αιώνα, παρόμοιες προσπάθειες εμφανίστηκαν στην Ινδία και την Κίνα λόγω της αυξανόμενης ατμοσφαιρικής ρύπανσης και της αυξανόμενης ζήτησης για καθαρή ενέργεια.

Αιολική ενέργεια:

Σε σύγκριση με άλλες μορφές ανανεώσιμης ενέργειας, η αιολική ενέργεια θεωρείται πολύ αξιόπιστη και σταθερή, καθώς ο αέρας είναι συνεπής από έτος σε έτος και δεν μειώνεται κατά τις ώρες αιχμής της ζήτησης. Αρχικά, η κατασκευή αιολικών πάρκων ήταν μια δαπανηρή επιχείρηση. Αλλά χάρη στις πρόσφατες βελτιώσεις, η αιολική ενέργεια έχει αρχίσει να καθορίζει τις υψηλές τιμές στις χονδρικές αγορές ενέργειας παγκοσμίως και να περικόπτει τα έσοδα και τα κέρδη της βιομηχανίας ορυκτών καυσίμων.

Σύμφωνα με μια έκθεση που εκδόθηκε από το Υπουργείο Ενέργειας τον Μάρτιο του 2015, η ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας στις Ηνωμένες Πολιτείες θα μπορούσε να οδηγήσει σε ακόμη πιο εξειδικευμένες θέσεις εργασίας σε πολλές κατηγορίες. Με τίτλο "Wind Vision: A New Era for Wind Power στις Ηνωμένες Πολιτείες", το έγγραφο δείχνει ότι έως το 2050, η βιομηχανία θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει έως και το 35% της ηλεκτρικής παραγωγής των ΗΠΑ.

Επιπλέον, το 2014, το Παγκόσμιο Συμβούλιο Αιολικής Ενέργειας και η Greenpeace International συγκεντρώθηκαν για να δημοσιεύσουν μια έκθεση με τίτλο «Global Wind Energy Outlook 2014». Αυτή η έκθεση δήλωσε ότι παγκοσμίως, η αιολική ενέργεια θα μπορούσε να παρέχει έως και το 25 έως 30% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας έως το 2050. Τη στιγμή της σύνταξης της έκθεσης, οι εμπορικές εγκαταστάσεις σε περισσότερες από 90 χώρες είχαν συνολική χωρητικότητα 318 gigawatts (GW), παρέχοντας περίπου 3,1% της παγκόσμιας προσφοράς.

Αυτό αντιπροσωπεύει σχεδόν δεκαπλάσια αύξηση του ρυθμού υιοθέτησης από το 2000, όταν η αιολική ενέργεια αντιπροσώπευε λιγότερο από 0,2%. Ένας άλλος τρόπος να το δούμε είναι να πούμε ότι το μερίδιο αγοράς της αιολικής ενέργειας έχει διπλασιαστεί τέσσερις φορές σε λιγότερο από 15 χρόνια. Αυτό την τοποθετεί δεύτερη μετά την ηλιακή ενέργεια, η οποία διπλασιάστηκε επτά φορές την ίδια περίοδο, αλλά εξακολουθεί να ακολουθεί τον άνεμο όσον αφορά το συνολικό μερίδιο αγοράς της (περίπου 1% έως το 2014).

Όσον αφορά τα μειονεκτήματά του, ένα ζήτημα που τίθεται συνεχώς είναι η επίδραση των ανεμογεννητριών στην τοπική άγρια φύση και η διαταραχή που έχει η παρουσία τους στο τοπικό τοπίο. Ωστόσο, αυτές οι ανησυχίες έχουν συχνά αποδειχθεί ότι διογκώνονται από ομάδες συμφερόντων και εκπροσώπους ομάδων συμφερόντων που επιδιώκουν να δυσφημίσουν την αιολική ενέργεια και άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.

Για παράδειγμα, μια μελέτη του 2009 που κυκλοφόρησε από το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας διαπίστωσε ότι λιγότερο από 1 στρέμμα ανά μεγαβάτ ενοχλείται μόνιμα από την κατασκευή αιολικών πάρκων μεγάλης κλίμακας και λιγότερο από 3,5 στρέμματα ανά μεγαβάτ διαταράσσονται προσωρινά. Η ίδια μελέτη κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι επιπτώσεις είναι σχετικά χαμηλές στην άγρια φύση των πτηνών και των νυχτερίδων και ότι τα ίδια συμπεράσματα ισχύουν για τις υπεράκτιες πλατφόρμες.

Σε όλο τον κόσμο, οι κυβερνήσεις και οι τοπικές κοινότητες αναζητούν την αιολική ενέργεια για να καλύψουν τις ενεργειακές τους ανάγκες. Σε μια εποχή αύξησης των τιμών των καυσίμων, αυξανόμενων ανησυχιών για την αλλαγή του κλίματος και βελτίωσης της τεχνολογίας, αυτό είναι σχεδόν εκπληκτικό. Με τον τρέχοντα ρυθμό υιοθέτησής του, είναι πιθανό να είναι μία από τις μεγαλύτερες πηγές ενέργειας μέχρι τα μέσα του αιώνα.

Και φροντίστε να απολαύσετε αυτό το βίντεο σχετικά με τις ανεμογεννήτριες, ευγενική προσφορά του ερευνητικού κέντρου Lewis της NASA:

Έχουμε γράψει πολλά ενδιαφέροντα άρθρα σχετικά με τις ανεμογεννήτριες και την αιολική ενέργεια εδώ στο Space Magazine. Εδώ είναι τι είναι η εναλλακτική ενέργεια;, τι είναι τα ορυκτά καύσιμα;, ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι ανανεώσιμων πηγών ενέργειας ;, αιολική ενέργεια στον ωκεανό (με τη βοήθεια του διαστήματος) και θα μπορούσε ο κόσμος να τρέξει με ηλιακή και αιολική ενέργεια;

Για περισσότερες πληροφορίες, ανατρέξτε στο άρθρο How Stuff Works σχετικά με την ιστορία και τους μηχανισμούς της αιολικής ενέργειας και τη σελίδα Greenspace της NASA.

Το Astronomy Cast έχει επίσης κάποια επεισόδια που σχετίζονται με το θέμα. Εδώ είναι το επεισόδιο 51: Γη και επεισόδιο 308: Κλιματική αλλαγή.

Πηγές: