Η αιολική ενέργεια, γνωστή και ως αιολική ενέργεια, είναι το μέσο εκμετάλλευσης του ανέμου και μετατροπής του σε ηλεκτρική ενέργεια. Η μέση απόδοση ανέμου των ανεμογεννητριών είναι μεταξύ 35-45%.
Παραγωγή αιολικής ενέργειας
Ο άνεμος παράγεται στην ατμόσφαιρα της γης λόγω της διαφοράς στις θερμοκρασίες της γης τοπικά ή σε περιφερειακή και παγκόσμια κλίμακα. Όταν ζεσταθεί θερμαίνεται ανεβαίνει αφήνοντας το μέρος με χαμηλή πίεση αέρα. αέρας από ψυχρότερες περιοχές με υψηλότερες πιέσεις αέρα μετακινείται για να εξισορροπήσει την πίεση του αέρα.
Οι ανεμόμυλοι και οι ανεμογεννήτριες εκμεταλλεύονται την κινητική ενέργεια ή την «ενέργεια κίνησης» που μετακινεί τον αέρα ή τον άνεμο από το ένα μέρος στο άλλο και το μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι ανεμογεννήτριες τοποθετούνται σε μέρη με άνεμο, έτσι ώστε ο άνεμος να μπορεί να μετακινήσει τα πτερύγια των ανεμογεννητριών. Αυτές οι λεπίδες περιστρέφουν έναν κινητήρα και τα γρανάζια αυξάνουν τις περιστροφές αρκετά ώστε να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Διαφορετικά σχέδια τουρμπινών είναι κατάλληλα για διαφορετικές συνθήκες.
Ανεμική απόδοση και συντελεστής αιολικής χωρητικότητας
Η απόδοση ανέμου δεν είναι ίδια με τον συντελεστή αιολικής ικανότητας, κάτι που συζητείται όταν οι άνθρωποι σκέφτονται την ενεργειακή απόδοση. Το Wind Watch εξηγεί τη διαφορά μεταξύ των δύο φαινομένων.
Η απόδοση ανέμου και το όριο της
Η απόδοση ανέμου είναι η ποσότητα της κινητικής ενέργειας του ανέμου που μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια και ηλεκτρική ενέργεια. Οι νόμοι της φυσικής που περιγράφονται από το Betz Limit λένε ότι το μέγιστο θεωρητικό όριο είναι 59,6%. Ο άνεμος απαιτεί την υπόλοιπη ενέργεια για να περάσει από τις λεπίδες. Αυτό είναι στην πραγματικότητα καλό. Εάν μια τουρμπίνα παγιδευόταν το 100% της ενέργειας, ο άνεμος θα σταματούσε να φυσάει και τα πτερύγια μιας τουρμπίνας δεν μπορούν να στραφούν για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.
Δεν είναι, ωστόσο, δυνατό για κανένα μηχάνημα, προς το παρόν, να μετατρέψει όλο το παγιδευμένο 59,6% της κινητικής ενέργειας από άνεμο σε ηλεκτρική. Υπάρχουν όρια λόγω του τρόπου κατασκευής και κατασκευής των γεννητριών, τα οποία μειώνουν περαιτέρω την ποσότητα ενέργειας που τελικά μετατρέπεται σε ισχύ. Ο μέσος όρος επί του παρόντος είναι 35-45%, όπως σημειώθηκε παραπάνω. Η μέγιστη απόδοση στο μέγιστο θα μπορούσε να φτάσει το 50% σύμφωνα με το Wind Watch. Ένα έγγραφο της αυστραλιανής κυβέρνησης (NSW) συμφωνεί επίσης ότι το 50% είναι η μέγιστη απόδοση ανέμου που μπορεί να επιτευχθεί (σελ. 3).
Η ενεργειακή απόδοση δεν ποικίλλει τόσο πολύ όσο ο συντελεστής αιολικής ικανότητας που εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την τοποθεσία και τις καιρικές συνθήκες.
Συντελεστής Αιολικής Ικανότητας
Ο συντελεστής αιολικής ικανότητας είναι η ποσότητα ενέργειας που παράγεται από μια γεννήτρια σε σχέση με το τι θα μπορούσε να παράγει εάν λειτουργούσε συνεχώς σε μέγιστη χωρητικότητα, σύμφωνα με την Green Tech Media. Ο συντελεστής αιολικής ικανότητας τείνει να ποικίλλει από μέρος σε μέρος και σε διαφορετικές εποχές του έτους, ακόμη και με τις ίδιες ανεμογεννήτριες, καθώς εξαρτάται από την ταχύτητα του ανέμου, την πυκνότητά του και την περιοχή σάρωσης που εξαρτάται από το μέγεθος της γεννήτριας επισημαίνει το Open EI. Ο συντελεστής αιολικής ικανότητας μπορεί να βελτιστοποιηθεί επιλέγοντας μέρη όπου επικρατούν ιδανικές συνθήκες ανέμου σε ολόκληρο ή μεγαλύτερο μέρος του έτους. Επομένως, είναι σημαντικό να λάβετε υπόψη τον συντελεστή αιολικής ικανότητας και τις συνθήκες που τον επηρεάζουν για να μεγιστοποιήσετε την ισχύ εξόδου.
- Ταχύτητα ανέμουκάτω από 30 μίλια την ώρα παράγει λίγη ενέργεια σύμφωνα με το Wind Watch. Ακόμη και μικρές αυξήσεις στην ταχύτητα μπορεί να μεταφραστούν σε σημαντική αύξηση της ισχύος που παράγεται σύμφωνα με το Open EI. Η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια είναι ο κύβος της ταχύτητας του ανέμου εξηγεί το Wind EIS.
- Η πυκνότητα του αέρα είναι περισσότερο σε ψυχρότερες περιοχές και στο επίπεδο της θάλασσας παρά στα βουνά. Άρα τα ιδανικά μέρη με υψηλή πυκνότητα ανέμων είναι οι θάλασσες με ψυχρότερες θερμοκρασίες σύμφωνα με το Open EI. Αυτός είναι ένας λόγος για τη μεγάλης κλίμακας επέκταση της υπεράκτιας αιολικής παραγωγής.
- Μεγαλύτερες και ψηλότερες τουρμπίνες μπορούν να επωφεληθούν από περισσότερο άνεμο ψηλότερα από το έδαφος και από το αυξημένο άνοιγμα των πτερυγίων τους. Ως εκ τούτου, οι οικονομικοί προβληματισμοί γίνονται σημαντικοί εδώ.
Η
Ο συντελεστής χωρητικότητας αυξάνεται συνεχώς με τη βελτιωμένη τεχνολογία. Οι ανεμογεννήτριες που κατασκευάστηκαν το 2014 έφτασαν σε συντελεστή χωρητικότητας 41,2% σε σύγκριση με 31,2% για τις ανεμογεννήτριες που κατασκευάστηκαν μεταξύ 2004-2011, σύμφωνα με την Green Tech Media. Ωστόσο, ο παράγοντας χωρητικότητας του ανέμου επηρεάζεται όχι μόνο από την τεχνολογία, αλλά και από την ίδια τη διαθεσιμότητα του ανέμου. Έτσι, το 2015 ο συντελεστής χωρητικότητας των στροβίλων ήταν χαμηλότερος από τον μέσο όρο των προηγούμενων ετών λόγω της «ανεμικής ξηρασίας» εξηγεί η Green Tech Media.
Σύγκριση με άλλες πηγές ενέργειας
Η ενεργειακή απόδοση του ανέμου είναι καλύτερη από την ενεργειακή απόδοση του άνθρακα. Μόνο το 29-37% της ενέργειας του άνθρακα μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια και το αέριο έχει σχεδόν την ίδια απόδοση με τον άνεμο, καθώς το 32-50% της ενέργειας στο αέριο μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια.
Ωστόσο, όσον αφορά τους παράγοντες χωρητικότητας, τα ορυκτά καύσιμα είχαν καλύτερη απόδοση από τον άνεμο στις ΗΠΑ το 2016 σύμφωνα με την Υπηρεσία Ενεργειακών Πληροφοριών των ΗΠΑ (EIA).
-
ανανεώσιμες πηγές ενέργειας εναντίον εργοστασίων Οι μονάδες άνθρακα στις ΗΠΑ λειτουργούσαν στο 52,7% της παραγωγικής τους ικανότητας.
- Ο συντελεστής δυναμικότητας για τις μονάδες αερίου ήταν 56% στις ΗΠΑ.
- Η πυρηνική ενέργεια είχε συντελεστή χωρητικότητας 92,5%, σύμφωνα με στοιχεία ΕΠΕ για μη ορυκτά καύσιμα.
- Ο συντελεστής χωρητικότητας της υδροηλεκτρικής ενέργειας ήταν 38%.
- Ο συντελεστής χωρητικότητας της αιολικής ενέργειας ήταν 34,7%.
Όταν συγκρίνετε την ισχύ εξόδου από διαφορετικές πηγές ενέργειας, είναι καλύτερο να λάβετε υπόψη όχι μόνο τον παράγοντα χωρητικότητας, αλλά και την ενεργειακή τους απόδοση. Αυτό είναι που κάνει την αύξηση της παραγωγής ενέργειας από τον άνεμο ανταγωνιστική και εφικτή σε σύγκριση με τα ορυκτά καύσιμα τα οποία επίσης ταλαιπωρούνται από τα προβλήματα ρύπανσης που προκαλούν.
Η διακοπτόμενη ενέργεια επηρεάζει την παραγωγή αιολικής ενέργειας
Η αιολική ενέργεια πάσχει από διαλείπουσα κατάσταση, καθώς ο άνεμος δεν είναι πάντα διαθέσιμος και μπορεί να φυσά με ποικίλες ταχύτητες, πράγμα που σημαίνει ότι η ισχύς παράγεται σε ασυνεπή επίπεδα. Ενεργειακές διαλείψεις είναι τα φαινόμενα όπου η ενέργεια δεν είναι διαθέσιμη συνεχώς λόγω πολλών παραγόντων που οι άνθρωποι δεν μπορούν να ελέγξουν. Επομένως, υπάρχει διακύμανση στην προσφορά.
Λύσεις για διαλείμματα
Δεδομένου ότι η παραγωγή ενέργειας από ανεμογεννήτριες κυμαίνεται από ώρα σε ώρα, ή ακόμα και δευτερόλεπτο, οι προμηθευτές ενέργειας πρέπει να έχουν μεγαλύτερα αποθέματα ενέργειας για να καλύψουν και να διατηρήσουν σταθερά επίπεδα τροφοδοσίας, εξηγεί ο Αμερικανός Επιστήμονας. Διαλείπουσα σημασία δεν σημαίνει μόνο ελλείψεις αλλά και περιόδους υπερβολών. Αυτό παρέχει επίσης μια πιθανή λύση. Ο Αμερικανός Επιστήμονας εξηγεί ότι καθώς ο αριθμός των πηγών αιολικής ενέργειας αυξάνεται, οι τοπικές διαφορές στις καιρικές συνθήκες και τις συνθήκες ανέμου μπορούν να εξισορροπήσουν ελλείψεις και υπερβολές.
Οι βελτιωμένες μετεωρολογικές προβλέψεις και μοντελοποίηση διευκολύνουν επίσης τον συνυπολογισμό ακόμη και βραχυπρόθεσμων αλλαγών στην αιολική ενέργεια. Ένας συνδυασμός πηγών είναι επίσης απαραίτητος για ακόμη και ημερήσιες ή εποχιακές διαφορές στην παραγωγή αιολικής ενέργειας.
Ανεξάρτητα από διαλείμματα, τα ευρέως διαδεδομένα νέα αιολικά πάρκα σε όλες τις ΗΠΑ, έχουν ουσιαστικά βοηθήσει στη σταθεροποίηση της παροχής ρεύματος, ειδικά κατά τη διάρκεια ακραίων καιρικών φαινομένων στο Τέξας, σύμφωνα με την Clean Technica.
Κόστος
Το 2017, η Independent ανακοίνωσε ότι η παραγωγή ενέργειας από τον άνεμο ήταν φθηνότερη από ό,τι από ορυκτά καύσιμα. Η παραγωγή μιας μεγαβατώρας (MWh) κόστισε 50 δολάρια το 2017. Με τη βελτίωση της τεχνολογίας, το κόστος συνεχίζει να μειώνεται, καθιστώντας την πιο ελκυστική από τις συμβατικές ρυπογόνες πηγές ενέργειας. Οι ΗΠΑ ελπίζουν να τονώσουν αυτό το κίνημα παρέχοντας κυβερνητικά κίνητρα, για να αυξήσουν το μερίδιο της αιολικής ενέργειας που παρείχε το 6% της ηλεκτρικής τους ενέργειας το 2016 σύμφωνα με την ΕΙΑ.
Το Wind EIS σημειώνει ότι το 80% του κόστους είναι κεφαλαιουχικό κόστος που συνεπάγεται η εγκατάσταση των στροβίλων και το 20% είναι λειτουργικό. Ωστόσο, δεδομένου ότι δεν υπάρχει κόστος καυσίμου και λαμβάνοντας υπόψη την ενέργεια που παράγεται σε ολόκληρο τον κύκλο ζωής της, η αιολική ενέργεια είναι ανταγωνιστική.
Ενέργεια χωρίς άνθρακα
Η αιολική ενέργεια είναι μία από τις πιο αποδοτικές εναλλακτικές λύσεις αντί της ενέργειας από ορυκτά καύσιμα. Προβλέπεται ότι έως το 2050, 139 χώρες που χρησιμοποιούν σήμερα το 99% της παγκόσμιας ενέργειας θα μπορούσαν να χρησιμοποιούν 100% ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ο άνεμος και η ηλιακή ενέργεια θα μπορούσαν μαζί να παρέχουν έως και το 97% αυτής της ενέργειας, σύμφωνα με μια έκθεση του Παγκόσμιου Φόρουμ του 2017. Αυτό μπορεί να βοηθήσει στον περιορισμό της αύξησης της υπερθέρμανσης του πλανήτη κάτω από τους 1,5 C. Είτε πρόκειται για ένα αιολικό πάρκο στην πλαγιά ενός λόφου είτε κατά μήκος μιας ακτογραμμής, η τεχνολογία ανεμογεννητριών προσφέρει έναν πολύ πιο αποτελεσματικό τρόπο παραγωγής χρησιμοποιήσιμης ηλεκτρικής ενέργειας από τις μη ανανεώσιμες παραδοσιακές πηγές.
