Mali vjetroagregat

mini|desno|300px|Fotonaponski sustav na staroj kući.

Mali vjetroagregat je po načinu rada uglavnom jednak velikim vjetroagregatima i s razvojem industrije primjenjuju se novi materijali, čime se bitno poboljšala pouzdanost i raspoloživost uređaja. Paralelno s razvojem velikih vjetroagregata počeli su se razvijati i mali vjetroagregati kao zasebno tržište. Iako ovakav sustav zahtijeva prilična početna ulaganja, cijenom je postao konkurentan tradicionalnim izvorima energije, ako se uzme u obzir cijeli životni vijek postrojenja i izuzeće troškova priključka na električnu mrežu. Malim vjetroagregatima se smatraju jedinice do 10 kW, koje su namijenjene zadovoljenu energetskih potreba na razini kućanstva.

Osim oblika lopatica i njihovog izgleda mali vjetroagregati u odnosu na velike imaju neke posebnosti: primjena malih vjetroagregata i njihovi tržišni principi bitno su različiti; mali vjetroagregati se obično postavljaju kao samostalne jedinice; primjenjuju se raznovrsnija tehnološka rješenja i materijali uključujući opremu za prijenos i pretvorbu energije, a posebnost su i kriteriji za izbor položaja i zahtjevi s obzirom na okoliš; pri odluci o ulaganju u mali vjetroagregat, ekonomski pokazatelji i povrat investicije često nisu primarni razlog, nego mnogo različitih čimbenika poput energetske neovisnost, stabilnost cijene energije i osobni doprinos čistijem okolišu; veliki proizvođači energije iz vjetra, tj. vjetroelektrane, proizvode električnu energiju namijenjenu priključku na prijenosnu mrežu, dok mali vjetroagregati proizvode električnu energiju na mjestu gdje se i troši što je često jeftinija opcija od tradicionalnih izvora energije, osobito u područjima izdašnim vjetrom; primjena i ugradnja malih vjetragregata bi trebala imati i poseban status u smislu drugačijih načina poticaja i dozvolbenih postupaka za gradnju i postavljanje. "Mali vjetroagregati i fotonaponski moduli za autonomne aplikacije na otocima Primorsko-goranske županije", Energetski institut Hrvoje Požar, www.zavod.pgz.hr, 2009.

Povijest

Energija vjetra imala je veliku ulogu u razvoju ljudske civilizacije počevši od pogona brodova 5000. pr. Kr. u Egiptu do danas, pa do mljevenja žitarica na području današnjeg Afganistana 2000. pr. Kr. Začeci industrije vjetra svoje korijene imaju u korištenju malih vjetroagregata. Njihova primjena uglavnom se odnosila na potrebe pumpanja vode, odnosno navodnjavanja i elektrifikacije u ruralnim sredinama, u prvoj polovici 20. stoljeća prije nego što se distribucijska mreža razvila dovoljno da električna energija postane dostupna i udaljenim zajednicama. Primjerice, u Danskoj su početkom 20. stoljeća postojale brojne zajednice koje su svoje potrebe za električnom energijom i navodnjavanjem rješavale pomoću energije vjetra s ukupnom instaliranom snagom od oko 30 MW. Prvi takvi agregati obično su imali rotor s više lopatica.

Naftna kriza 1970-tih i 1980-tih godina ponovno je vratila korištenje energije vjetra zbog rasta cijena fosilnih goriva. Nedovoljno razvijen sustav poticaja zaustavio je razvoj i masovniju primjenu. U to vrijeme najveći strojevi su imali snagu od otprilike 150 kW, a kao standard se nametnuo tzv. danski koncept vjetroagregata s tri lopatice. U SAD je tada instalirano na stotine vjetroagregata koji su se, zajedno s proizvođačima koji su preživjeli dokazali kao robustan i pouzdan izvor energije. Početkom 1990-tih u razvoj i istraživanje je mnogo uloženo kako bi se poboljšala učinkovitost i smanjili troškovi. Sve ovo je utjecalo na činjenicu kako je danas industrija vjetra po godišnjem kapacitetu instalirane snage prva u svijetu, s glavninom komercijalnih vjetroagregata snage preko 1 MW. Za primjenu na moru razvijeni su i komercijalni agregati jedinične snage 5 MW.

Prednosti Kao jedan od najjeftinijih načina za proizvodnju vlastite električne energije, mali vjetroagregati imaju dobre mogućnosti za još bolji razvoj. Zahtjevima energetske učinkovitosti u zgradarstvu, gdje se u budućnosti očekuje i energetska neovisnost svake novoizgrađene stambene jedinice, energija vjetra se nameće kao nezaobilazno rješenje u zadovoljenu energetskih potreba. Optimalno iskorištavanje strujanja zraka u energetske svrhe potiče na kreativno razmišljanje i usavršavanje postojećih tehnoloških rješenja. Mali vjetroagregati su uz neke posebnosti pri ugradnji, primjenjivi i u visoko urbaniziranim zonama, kao i na osamljenim i udaljenim objektima i zajednicama. Prilagodljivost i raznolikost njihove upotrebe ide u prilog njihovoj masovnijoj uporabi. Korištenje malih vjetroagregata za proizvodnju električne energije višestruko je korisno. Neke od prednosti su: zaštita okoliša; energetska neovisnost; mali trošak i stabilnost cijena električne energije; opskrba udaljenih i izoliranih potrošača;

Ugradnja malih vjetroagregata Kako bi se prednosti malih vjetroagregata na pravi način iskoristile, potrebno je spomenuti i neke činjenice o kojima je potrebno voditi brigu pri instalaciji i puštanju u pogon malog vjetroagregata: sigurnost; dugi životni vijek ovakvih postrojenja pokazao je kako su ona vrlo sigurna pouzdana i dugotrajna, međutim pri ugradnji i održavanju je potrebno poduzeti sve sigurnosne mjere zbog visine na kojoj se mali vjetroagregat smješta; ekstremni vremenski uvjeti kakvi se znaju pojaviti na jadranskim otocima, poput olujne bure, mogu biti potencijalni problem za male vjetroagregate, kao i mogućnost pojave korozije zbog blizine mora, o čemu se mora voditi računa kod održavanja; mjesto ugradnje bi trebalo biti tako određeno da ni na koji načine ne smeta ili ugrožava susjedna imanja. Samostojeća turbina u prostoru mora biti najmanje jednu visinu stupa udaljena do ruba čestice na kojoj se nalazi; estetika; vjetroagregati nisu svima prihvatljivi dijelovi prostora, pa se mogu očekivati pritužbe susjeda ili turista. Ovo prvenstveno ovisi o visini stupa, načinu postavljanja, udaljenosti od prometnica i reljefu terena. Za očekivati ja kako će najviše kritika biti u turističkim područjima; buka; većina malih vjetroagregata proizvodi buku koja je otprilike slična po intenzitetu buci koju proizvodi prosječan kućanski hladnjak. Već nekoliko metara od mjesta postavljanja malog vjetroagregata tu buku maskira pozadinska buka koju stvara promet i vjetar koji struji preko drveća i drugih struktura u prostoru; utjecaj na lokalne ptice u određenim uvjetima može biti negativan iako su brojna istraživanja utvrdila da više ptica strada od kućnih mačaka nego od vjetroagregata. U svakom slučaju sustav treba postaviti što dalje od migracijskih ruta i područja gdje se puno ptica gnijezdi i hrani.

Energija vjetra

Strujanje zračnih masa karakterizirano je snagom koja je određena gustoćom i brzinom vjetra. Snaga vjetra obično se određuje po jedinici površine sljedećim izrazom: P = 0,5 • ρ • v3 gdje su: P – snaga vjetra po jedinici površine (W/m2), ρ – gustoća zraka i v – brzina vjetra. Prethodni izraz određuje prirodnu snagu vjetra. No, samo se dio prirodne snage vjetra može iskoristiti, a maksimalni iskoristivi dio određen je Betzovim zakonom, koji kaže kako je moguće maksimalno iskoristiti 59,3 % energije iz vjetra. Iz gornjeg izraza vidljivo je kako najveći utjecaj na snagu vjetra ima njegova brzina. Snaga vjetra proporcionalna je trećoj potenciji brzine, što znači da se povećanjem brzine vjetra njegova snaga mijenja eksponencijalno.

U praksi, vjetar struji preko lopatica vjetroagregata i okreće njegov rotor, odnosno kinetička energija u vjetru se pretvara u mehaničku energiju vrtnje rotora i to samo u određenom rasponu brzina vjetra, najčešće od 3 m/s do 25 m/s. Ovisnost električne snage vjetroagregata o brzini vjetra, koja jako varira i srednja vrijednost brzine za dato mjesto nam ne može reći koju količinu energije naš vjetroagregat može proizvesti. Ipak, kod predviđanja ponašanja vjetra na određenom mjestu, držimo se podataka koje su nam dala mjerenja. Dovoljna je i manja promjena lokacije da bi imali velike promjene u brzini vjetra. Brzinu vjetra mjerimo i aproksimiramo Rayleighovom raspodjelom.

Kako se velika količina energije dobiva pri većim brzinama vjetra, dosta nam energije dolazi u kraćim intervalima, odnosno na mahove, kao i vjetar. Posljedica toga je da vjetroelektrane nemaju stalnu snagu na izlazu kao što to imaju npr. termoelektrane, te postrojenja koja napajaju vjetroagregati moraju imati osiguranu proizvodnju električne energije i iz nekog drugog izvora. Stalnost snage kod vjetroelektrana bi nam mogao osigurati napredak u tehnologijama koje se bave spremanjem energije tako da možemo koristiti energiju koju smo dobili za jačeg vjetra onda kada ga nema.

Položaj malog vjetroagregata Najvažniji utjecaj za bilo koji položaj, na kojoj se planira ugraditi mali vjetroagregat je srednja godišnja brzina vjetra. Mali vjetroagregati su obično smješteni u područjima u kojima je srednja godišnja brzina mala, poput blizine gradskih područja i različitih prepreka strujanju zraka, što je osnovni problem malih sustava. Unatoč ovim problemima, oduševljenje u korištenju malih vjetroagregata za proizvodnju energije je sve veći. Novi razvoj malih vjetroagregata, koji se ugrađuju na krovove kuća, imaju rotor promjera do dva metra, a nazivna snaga im je od 0,5 do 3 kW. Cijena instalacije ovakvog vjetroagregata je oko 30 000 kuna. Tipični su stupovi visine 3 - 5 metara. Mali vjetroagregati koji se ugrađuju samostalno su snage i do 10 kW, a stupovi su uglavnom preko 15 m visine ovisno o blizini prepreka strujanju. Mali vjetroagregati se mogu koristit u primjenama skupa s priključkom na električnu mrežu, gdje im je glavna svrha ušteda energije i smanjenje energetske ovisnosti o mrežnom priključku, a također mogu biti spojeni u otočni sustav, čime se nastoji postići osiguranje opskrbe električnom energijom za izolirane zajednice ili kućanstva koja nemaju priključak na elektroenergetski sustav.

Vrste malih vjetroagregata Postoje brojni oblici vjetragregata na kojima je obavljen niz testiranja, na gotovo svim mogućim konceptima, s ciljem postizanja što je veće moguće snage, uz najmanju cijenu i uz najveću moguću pouzdanost korištenjem zračnih tunela i računalnih simulacija. U konačnici, testovima je dokazano kako je koncept vjetroagregata s horizontalnom osi vrtnje rotora, najbolji za komercijalno iskorištavanje.

Jedna od posebnosti malih vjetroagregata je i njihova raznovrsnost u odnosu na velike vjetroagregate, gdje dominiraju rotori s horizontalnom osi vrtnje i tri lopatice rotora vjetroturbine. Mali vjetroagregati se mogu podijeliti na dvije osnovne podvrste: s horizontalnom osi vrtnje rotora s vertikalnom osi vrtnje rotora Vjetroagregati s horizontalnom osi vrtnje rotora imaju vratilo generatora paralelno sa zemljinom površinom. Njihova posebnost je što se samousmjeravaju u odnosu na smjer puhanja vjetra. Pri ugradnji zauzimaju vrlo malo prostora na tlu i mehanički su jednostavni. Većina vjetroagregata dostupnih na tržištu ima ovakvu konstrukciju.

Vjetroagregati s vertikalnom osi vrtnje imaju vratilo okomito na zemljinu površinu. Jednako su osjetljivi i trenutno prilagodljivi na puhanje vjetra iz bilo kojeg smjera. Na tlu zauzimaju nešto veću površinu za montažu i učvršćivanje stupa. Danas postoji nekoliko proizvođača koji su vjerni ovom konceptu primjenjivom isključivo na malim vjetroagregatima.

Mali vjetroagregat

Źródło i licencja