Vēja enerģija, kas pazīstama arī kā vēja enerģija, ir līdzeklis vēja izmantošanai un pārvēršanai elektrībā. Turbīnu vidējā vēja efektivitāte ir no 35-45%.
Vēja enerģijas ražošana
Vējš rodas zemes atmosfērā, pateicoties zemes temperatūras atšķirībām vietējā vai reģionālā un globālā mērogā. Kad silts kļūst uzkarsēts, tas paceļas, atstājot vietu ar zemu gaisa spiedienu; gaiss no vēsākiem reģioniem ar augstāku gaisa spiedienu ieplūst, lai izlīdzinātu gaisa spiedienu.
Vēja dzirnavas un turbīnas izmanto kinētisko enerģiju jeb "kustības enerģiju", kas pārvieto gaisu vai vēju no vienas vietas uz citu un pārvērš to elektrībā. Vēja turbīnas tiek uzceltas vējainās vietās, tāpēc vējš var kustināt turbīnu lāpstiņas. Šie asmeņi rotē motoru, un zobrati pietiekami palielina rotācijas ātrumu, lai ražotu elektrību. Dažādu dizainu turbīnas ir piemērotas dažādiem apstākļiem.
Vēja efektivitāte un vēja jaudas faktors
Vēja efektivitāte nav tas pats, kas vēja jaudas koeficients, par ko tiek runāts, kad cilvēki domā par energoefektivitāti. Wind Watch izskaidro atšķirību starp šīm divām parādībām.
Vēja efektivitāte un tā ierobežojums
Vēja efektivitāte ir vējā esošās kinētiskās enerģijas daudzums, kas tiek pārvērsts mehāniskajā enerģijā un elektrībā. Betz Limit aprakstītie fizikas likumi saka, ka maksimālā teorētiskā robeža ir 59,6%. Vējš prasa atlikušo enerģiju, lai pūstu garām asmeņiem. Tas patiesībā ir labi. Ja turbīna ieslodzītu 100% enerģijas, vējš pārstātu pūst un turbīnas lāpstiņas nevarētu pagriezties, lai ražotu elektroenerģiju.
Tomēr nevienai mašīnai pašlaik nav iespējams pārvērst visu notverto 59,6% no vēja kinētiskās enerģijas elektrībā. Ģeneratoru izgatavošanas un projektēšanas veida dēļ pastāv ierobežojumi, kas vēl vairāk samazina enerģijas daudzumu, kas beidzot tiek pārveidots par enerģiju. Vidējais rādītājs šobrīd ir 35-45%, kā minēts iepriekš. Saskaņā ar Wind Watch datiem maksimālā veiktspēja varētu sasniegt 50%. Austrālijas valdības dokuments (NSW) arī piekrīt, ka 50% ir maksimālā vēja efektivitāte, ko var iegūt (3. lpp.).
Energoefektivitāte neatšķiras tik daudz kā vēja jaudas koeficients, kas lielā mērā ir atkarīgs no atrašanās vietas un laika apstākļiem.
Vēja jaudas koeficients
Vēja jaudas koeficients ir ģeneratora saražotās enerģijas daudzums salīdzinājumā ar to, ko tas varētu saražot, ja tas visu laiku darbotos ar maksimālo jaudu, ziņo Green Tech Media. Vēja jaudas koeficients mēdz atšķirties dažādās vietās un dažādos gada laikos, pat ar vienādām turbīnām, jo tas ir atkarīgs no vēja ātruma, tā blīvuma un noslīdēšanas laukuma, kas ir atkarīgs no ģeneratora izmēra, norāda Open EI. Vēja jaudas koeficientu var optimizēt, izvēloties vietas, kur visu vai lielāko gada daļu valda ideāli vēja apstākļi. Tāpēc ir svarīgi ņemt vērā vēja jaudas koeficientu un apstākļus, kas to ietekmē, lai maksimāli palielinātu jaudu.
- Vēja ātrumsmazāks par 30 jūdzēm stundā rada maz enerģijas saskaņā ar Wind Watch. Pat neliels ātruma pieaugums var izraisīt ievērojamu ģenerētās jaudas pieaugumu saskaņā ar Open EI. Saražotā elektroenerģija ir vēja ātruma kubs, kas izskaidro Vēja EIS.
- Gaisa blīvums ir vairāk vēsākos reģionos un jūras līmenī nekā kalnos. Tātad ideālas vietas ar augstu vēja blīvumu ir jūras ar aukstāku temperatūru saskaņā ar Open EI. Tas ir viens no iemesliem vērienīgai piekrastes vēja ražošanas paplašināšanai.
- Lielākas un garākas turbīnas var izmantot priekšrocības, ko sniedz lielāks vējš augstāk virs zemes un palielināts lāpstiņu attālums. Tāpēc šeit svarīgi ir ekonomiskie apsvērumi.
Kapacitātes koeficients tiek pastāvīgi palielināts, izmantojot uzlabotas tehnoloģijas. Saskaņā ar Green Tech Media 2014. gadā uzbūvēto vēja turbīnu jaudas koeficients ir 41,2%, salīdzinot ar 31,2% turbīnām, kas būvētas no 2004. līdz 2011. gadam. Taču vēja jaudas koeficientu ietekmē ne tikai tehnoloģija, bet arī pati vēja pieejamība. Tādējādi 2015. gadā turbīnu jaudas koeficients bija zem iepriekšējo gadu vidējā "vēja sausuma" dēļ, skaidro Green Tech Media.
Salīdzinājums ar citiem barošanas avotiem
Vēja energoefektivitāte ir labāka nekā ogļu energoefektivitāte. Tikai 29–37% enerģijas oglēs tiek pārvērsti elektrībā, un gāzei ir gandrīz tāda pati efektivitāte kā vējam, jo 32–50% no gāzē esošās enerģijas var pārvērst elektrībā.
Tomēr, ņemot vērā jaudas faktorus, saskaņā ar ASV Enerģētikas informācijas administrācijas (EIA) datiem fosilā kurināmā darbība ASV 2016. gadā bija labāka nekā vējam.
-
atjaunojamie pret rūpnīcām Ogļu rūpnīcas ASV darbojās ar 52,7% no to jaudas.
- Gāzes staciju jaudas koeficients ASV bija 56%.
- Kodolenerģijas jaudas koeficients bija 92,5%, saskaņā ar IVN datiem par nefosilo kurināmo.
- Hidroelektroenerģijas jaudas koeficients bija 38%.
- Vēja enerģijas jaudas koeficients bija 34,7%.
Salīdzinot jaudu no dažādiem enerģijas avotiem, labāk ņemt vērā ne tikai jaudas koeficientu, bet arī to energoefektivitāti. Tas padara vēja enerģijas ražošanas palielināšanu konkurētspējīgu un iespējamu salīdzinājumā ar fosilo kurināmo, ko arī apgrūtina to radītās piesārņojuma problēmas.
Pārtraukums ietekmē vēja enerģijas jaudu
Vēja enerģija ir neregulāra, jo vējš ne vienmēr ir pieejams un var pūst ar dažādu ātrumu, kas nozīmē, ka enerģija tiek ģenerēta nevienmērīgā līmenī. Enerģijas pārtraukums ir parādība, kad enerģija nav pieejama nepārtraukti daudzu faktoru dēļ, kurus cilvēki nevar kontrolēt. Tāpēc piedāvājums atšķiras.
Risinājumi pārtraukumiem
Tā kā enerģijas ģenerēšana no vēja turbīnām svārstās no stundas uz stundu vai pat sekundi uz sekundi, elektroenerģijas piegādātājiem ir jābūt lielākām enerģijas rezervēm, lai nodrošinātu un uzturētu nemainīgu elektroenerģijas padeves līmeni, skaidro amerikāņu zinātnieks. Nepārtrauktība nozīmē ne tikai trūkumus, bet arī pārmērību periodus; tas arī nodrošina iespējamo risinājumu. Amerikāņu zinātnieks skaidro, ka, palielinoties vēja enerģijas avotu skaitam, vietējās atšķirības laikapstākļos un vēja apstākļos var līdzsvarot trūkumus un pārmērības.
Uzlabotas laika prognozes un modelēšana arī ļauj vieglāk ņemt vērā pat īslaicīgas vēja enerģijas izmaiņas. Avotu kombinācija ir nepieciešama arī, lai izlīdzinātu vēja enerģijas ražošanas diennakts vai sezonālās atšķirības.
Neatkarīgi no pārtraukumiem plaši izplatītie jaunie vēja parki visā ASV faktiski ir palīdzējuši stabilizēt elektroapgādi, īpaši ekstremālos laikapstākļos Teksasā saskaņā ar Clean Technica.
Izmaksas
2017. gadā Neatkarīgā paziņoja, ka enerģijas ražošana no vēja ir lētāka nekā no fosilā kurināmā. Megavatstundas (MWh) ražošana 2017. gadā maksāja 50 USD. Uzlabojoties tehnoloģijai, izmaksas turpina samazināties, padarot to pievilcīgāku nekā parastie piesārņojošie enerģijas avoti. ASV cer veicināt šo kustību, nodrošinot valdības stimulus, lai palielinātu vēja enerģijas daļu, kas 2016. gadā nodrošināja 6% no tās elektroenerģijas saskaņā ar IVN.
Wind EIS atzīmē, ka 80% no izmaksām ir kapitāla izmaksas, kas saistītas ar turbīnu uzstādīšanu, un 20% ir ekspluatācijas izmaksas. Tomēr, tā kā nav iesaistītas degvielas izmaksas un ņemot vērā saražoto jaudu visā tās dzīves ciklā, vēja enerģija ir konkurētspējīga.
Bezoglekļa enerģija
Vēja enerģija ir viena no efektīvākajām alternatīvām fosilā kurināmā enerģijai. Tiek prognozēts, ka līdz 2050. gadam 139 valstis, kas pašlaik izmanto 99% no pasaules enerģijas, varētu izmantot 100% atjaunojamo enerģiju. Saskaņā ar 2017. gada Pasaules foruma ziņojumu vējš un saule kopā varētu nodrošināt pat 97% no šīs enerģijas. Tas var palīdzēt ierobežot globālās sasilšanas pieaugumu līdz zem 1,5 C. Neatkarīgi no tā, vai tas ir vēja parks kalna nogāzē vai piekrastē, vēja turbīnu tehnoloģija piedāvā daudz efektīvāku veidu, kā ražot izmantojamu elektroenerģiju nekā ar neatjaunojamiem tradicionālajiem avotiem.
