Větrná energie, známá také jako větrná energie, je prostředek k využití větru a jeho přeměně na elektřinu. Průměrná větrná účinnost turbín se pohybuje mezi 35-45%.
Výroba větrné energie
Vítr vzniká v zemské atmosféře kvůli rozdílům v zemských teplotách lokálně nebo v regionálním a globálním měřítku. Když se teplo zahřeje, stoupá a opouští místo s nízkým tlakem vzduchu; vzduch z chladnějších oblastí s vyšším tlakem vzduchu proudí dovnitř, aby vyrovnal tlak vzduchu.
Větrné mlýny a turbíny využívají kinetickou energii neboli „energii pohybu“, která přenáší vzduch nebo vítr z jednoho místa na druhé a přeměňuje je na elektřinu. Větrné turbíny se staví na větrných místech, takže vítr může pohybovat lopatkami turbín. Tyto lopatky otáčejí motor a ozubená kola zvyšují otáčky natolik, aby produkovaly elektřinu. Různé konstrukce turbín jsou vhodné pro různé podmínky.
Faktor účinnosti větru a kapacity větru
Účinnost větru není totéž jako faktor kapacity větru, o čemž se diskutuje, když lidé přemýšlí o energetické účinnosti. Wind Watch vysvětluje rozdíl mezi těmito dvěma jevy.
Účinnost větru a její limit
Účinnost větru je množství kinetické energie ve větru, která se přeměňuje na mechanickou energii a elektřinu. Fyzikální zákony popsané Betz Limitem říkají, že maximální teoretický limit je 59,6 %. Vítr vyžaduje zbytek energie, aby profoukl lopatky. To je ve skutečnosti dobré. Pokud by turbína zachytila 100 % energie, vítr by přestal foukat a lopatky turbíny se nemohou otáčet a vyrábět elektřinu.
Žádný stroj však v současnosti nedokáže přeměnit všech zachycených 59,6 % kinetické energie z větru na elektřinu. Existují limity způsobené způsobem výroby a konstrukce generátorů, které dále snižují množství energie, která je nakonec přeměněna na energii. Průměr je v současnosti 35-45 %, jak je uvedeno výše. Maximum při špičkovém výkonu mohlo podle Wind Watch dosáhnout 50 %. Australský vládní dokument (NSW) také souhlasí s tím, že 50 % je maximální účinnost větru, kterou lze získat (str. 3).
Energetická účinnost se neliší tolik jako faktor kapacity větru, který do značné míry závisí na lokalitě a povětrnostních podmínkách.
Faktor kapacity větru
Faktor kapacity větru je podle Green Tech Media množství energie vyrobené generátorem v porovnání s tím, co by mohl vyrobit, pokud by neustále fungoval na maximální výkon. Faktor kapacity větru má tendenci se lišit místo od místa a v různých ročních obdobích, a to i u stejných turbín, protože závisí na rychlosti větru, jeho hustotě a ploše, která závisí na velikosti generátoru, zdůrazňuje Open EI. Faktor kapacity větru lze optimalizovat výběrem míst, kde po celý nebo větší část roku panují ideální větrné podmínky. Je tedy důležité vzít v úvahu faktor kapacity větru a podmínky, které jej ovlivňují, aby se maximalizoval výkon.
- Rychlost větrupod 30 mil za hodinu produkuje podle Wind Watch málo energie. I malé zvýšení rychlosti se může promítnout do podstatného zvýšení výkonu generovaného podle Open EI. Vyrobená elektřina je krychle rychlosti větru vysvětluje Wind EIS.
- Hustota vzduchu je více v chladnějších oblastech a na úrovni moře než v horách. Ideálními místy s vysokou hustotou větru jsou tedy moře s chladnějšími teplotami podle Open EI. To je jeden z důvodů velkého rozšíření výroby větrné energie na moři.
- Větší a vyšší turbíny mohou využít většího větru výše nad zemí a většího rozpětí lopatek. Ekonomická hlediska zde proto nabývají na důležitosti.
Kapacitní faktor se neustále zvyšuje pomocí vylepšené technologie. Větrné turbíny postavené v roce 2014 dosáhly kapacitního faktoru 41,2 % ve srovnání s 31,2 % u turbín vyrobených v letech 2004–2011, podle Green Tech Media. Na kapacitní faktor větru však nemá vliv pouze technologie, ale i samotná dostupnost větru. V roce 2015 byl tedy kapacitní faktor turbín pod průměrem předchozích let kvůli „větrnému suchu“, vysvětluje Green Tech Media.
Porovnání s jinými zdroji energie
Energetická účinnost větru je lepší než energetická účinnost uhlí. Pouze 29–37 % energie v uhlí se přemění na elektřinu a plyn má téměř stejnou účinnost jako vítr, protože 32–50 % energie v plynu lze přeměnit na elektřinu.
Z hlediska kapacitních faktorů si však fosilní paliva vedla v USA v roce 2016 lépe než vítr podle amerického Úřadu pro energetické informace (EIA).
-
obnovitelné zdroje vs továrny Uhelné elektrárny v USA běžely na 52,7 % své kapacity.
- Kapacitní faktor pro plynové elektrárny byl v USA 56 %.
- Jaderná energie měla kapacitní faktor 92,5 %, podle údajů EIA pro nefosilní paliva.
- Faktor kapacity vodní elektrárny byl 38 %.
- Kapacitní faktor větrné energie byl 34,7 %.
Při porovnávání výkonu z různých zdrojů energie je lepší uvažovat nejen kapacitní faktor, ale také jejich energetickou účinnost. To je to, co dělá zvýšení výroby energie z větru konkurenceschopným a proveditelným ve srovnání s fosilními palivy, která jsou také sužována problémy se znečištěním, které způsobují.
Přerušovanost ovlivňuje výkon větrné energie
Větrná energie trpí přerušováním, protože vítr není vždy dostupný a může foukat různou rychlostí, což znamená, že energie je generována na nekonzistentních úrovních. Energetická přerušovanost je jev, kdy energie není k dispozici nepřetržitě kvůli mnoha faktorům, které lidé nemohou ovlivnit. Proto existují rozdíly v nabídce.
Řešení intermitence
Vzhledem k tomu, že výroba energie z větrných turbín kolísá z hodiny na hodinu, nebo dokonce z sekundy na sekundu, musí mít dodavatelé energie větší energetické rezervy, aby dosáhli a udrželi konzistentní úroveň dodávek energie, vysvětluje American Scientist. Přerušovanost neznamená jen nedostatky, ale také období excesů; to pak také poskytuje možné řešení. The American Scientist vysvětluje, že jak se zvyšuje počet zdrojů větrné energie, místní rozdíly v počasí a větrných podmínkách mohou vyvážit nedostatky a přebytky.
Vylepšené předpovědi počasí a modelování také usnadňují zohlednění i krátkodobých změn větrné energie. Mix zdrojů je také nezbytný pro vyrovnání denních nebo sezónních rozdílů ve výrobě větrné energie.
Bez ohledu na přerušování, rozšířené nové větrné farmy po celých USA skutečně pomohly stabilizovat dodávku energie, zejména během extrémního počasí v Texasu podle Clean Technica.
Cena
V roce 2017 The Independent oznámil, že výroba energie z větru je levnější než z fosilních paliv. Výroba megawatthodiny (MWh) stála 50 dolarů v roce 2017. Se zlepšující se technologií náklady stále klesají, a proto jsou atraktivnější než konvenční znečišťující zdroje energie. USA doufají, že podnítí toto hnutí poskytnutím vládních pobídek ke zvýšení podílu větrné energie, která v roce 2016 poskytla 6 % své elektřiny podle EIA.
Wind EIS poznamenává, že 80 % nákladů tvoří kapitálové náklady spojené s instalací turbín a 20 % je provozních. Protože se však nejedná o žádné náklady na palivo a vezmeme-li v úvahu energii generovanou během celého životního cyklu, je větrná energie konkurenceschopná.
Bezuhlíková energie
Větrná energie je jednou z účinnějších alternativ k energii z fosilních paliv. Předpokládá se, že do roku 2050 by 139 zemí, které v současnosti využívají 99 % světové energie, mohlo využívat 100 % obnovitelné energie. Podle zprávy Světového fóra z roku 2017 by vítr a slunce mohly dohromady poskytnout až 97 % této energie. To může pomoci omezit nárůst globálního oteplování pod 1,5 C. Ať už se jedná o větrnou farmu na svahu nebo podél pobřeží, technologie větrných turbín nabízí mnohem efektivnější způsob výroby využitelné elektřiny než tradiční neobnovitelné zdroje.
