1. Scroll
  2. /
  3. Technologia
  4. /
  5. Jak działa turbina wiatrowa? Na jakiej zasadzie wytwarza prąd?

Technologia

28.03.2022 12:18

Jak działa turbina wiatrowa? Na jakiej zasadzie wytwarza prąd?

Inżynieria
2
0
0
2
0

Turbina wiatrowa jest niezbędna, aby móc korzystać z odnawialnej energii wiatru. Na jakiej zasadzie działa ta konstrukcja, jakie są największe turbiny wiatrowe w Polsce i na świecie? Dziś więcej o konstrukcjach, które pozyskują czystą energię.

Turbina wiatrowa – wyjaśnienie, czym jest

Turbina wiatrowa jest urządzeniem, które zamienia energię kinetyczną wiatru w pracę mechaniczną, dzięki czemu wytwarza się energia elektryczna. Obecnie istnieje wiele rodzajów turbin wiatrowych, jednak główny podział wyróżnia turbiny o pionowej osi obrotu (VAWT) i poziomej osi obrotu (HAWT). Zostały one szczegółowo opisane w dalszej części artykułu.

Zasada działania turbiny wiatrowej

Sama turbina wiatrowa składa się z takich elementów, jak wirnik, łopaty wirnika i gondola, w której znajduje się generator – jeden z kluczowych elementów konstrukcji turbiny wiatrowej – oraz pozostałe części, wspomagające proces zamiany wiatru w energię elektryczną. Należą do nich m.in. przekładnia, sterownik czy układ hamulcowy. Wszystkie te elementy wspólnie pracują nad wytwarzaniem energii.

Pierwszy etap procesu wykonuje wirnik, którego łopatki obracają się przy pomocy energii kinetycznej wiatru. Wywołany ruch obrotowy przekształca tę energię w pracę mechaniczną i za pomocą przekładni transportuje ją do generatora. Ten zaś jest odpowiedzialny za przekształcenie pracy w energię elektryczną. Następnie energia jest transformowana do podstacji i rozprowadzana do sieci krajowej.

Pierwsza turbina wiatrowa
Pierwsza automatyczna turbina wiatrowa powstała w Cleveland (USA) w 1887 roku. Miała 18 metrów wysokości, ważyła 4 tony i generowała 12 kilowatów | Źródło: en.wikipedia.org

W gondoli znajdują się również wspomniane już wcześniej sterowniki. To one odpowiedzialne są za to, aby wirnik obracał się prostopadle do kierunku wiatru, a jego energia kinetyczna mogła zostać przetransportowana do generatora. Z kolei układ hamulcowy odpowiada za bezpieczeństwo podczas zbyt silnych wiatrów.

Turbiny HAWT

Turbiny HAWT (z języka angielskiego Horizontal Axis Wind Turbine) to turbiny o poziomej osi obrotu. Dzieli się je na: jednopłatowe, dwupłatowe, trójpłatowe i wielopłatowe. To charakterystyczne turbiny, które najczęściej spotykamy w postaci dużego wiatraka stojącego na pustej przestrzeni. Takie turbiny (najczęściej trzypłatowe) umocowane są na wysokiej wieży, której fundamenty znajdują się poniżej poziomu gruntu. Turbiny o poziomej osi obrotu są bardzo często spotykane, zwłaszcza w Polsce i w Europie. Charakteryzują się większą wydajnością niż te o pionowej osi obrotu, jednak są droższe w budowie i generują duży hałas.

Sprawdź też: Czy elektrownie wiatrowe są opłacalnym źródłem energii?

Reklama

Turbiny VAWT

Turbiny o pionowej osi obrotu – czyli ułożonej prostopadle do powierzchni ziemi – są nazywane turbinami VAWT (z języka angielskiego Vertical Axis Wind Turbine). Takie turbiny są rozwiązaniem większości problemów, które generują duże wiatraki o poziomej osi obrotu. Przede wszystkim nie generują hałasu, mogą więc być umieszczane w miastach – między budynkami lub na ich dachach. Pracują stabilnie, ponieważ są odporne na silne podmuchy wiatru i nie potrzebują specjalnych warunków (czyli dużych połaci płaskiego terenu), aby móc pozyskiwać energię wiatru w optymalnym stopniu. Zaczynają pracę już przy niskich prędkościach wiatru i nie wymagają dostosowywania się do jego kierunku.

turbina wiatrowa na morzu
Morskie farmy wiatrowe są wydajniejsze niż lądowej – ma to związek z mocniejszymi wiatrami, które panują nad wodą

Wymiary turbiny wiatrowej różnią się w zależności od jej rodzaju. Te o pionowej osi obrotu są zdecydowanie mniejsze, dlatego mogą być używane przy gospodarstwach domowych, domkach jednorodzinnych, a nawet polach kampingowych. Z powodu niewielkich rozmiarów nie stanowią również zagrożenia dla ptaków.

Energia wiatrowa w Polsce

Według danych GUS-u, w Polsce produkcja energii wiatrowej wzrasta z roku na rok. Zwiększa się również procentowy udział energii wiatrowej w całkowitej produkcji energii elektrycznej. W Polsce turbiny wiatrowe wytworzyły w 2020 roku 15 800 GWh. Warto wspomnieć, że energetyka wiatrowa dzieli się na lądową i morską. W Polsce zdecydowanie bardziej powszechną formą jest stawianie lądowych farm wiatrowych, jednak ta sytuacja ma się zmienić. Przyjęty w 2019 roku krajowy plan na rzecz energii i klimatu na lata 2021-2030 zakłada, że do 2030 roku zostanie rozwinięta również morska energetyka wiatrowa.

Sprawdź też: Jak działa fotowoltaika i dlaczego podbija świat? Podstawowe informacje o fotowoltaice

Największe turbiny wiatrowe w Polsce i na świecie

Największa farma wiatrowa w Polsce znajduje się we wsi Potęgowo w województwie pomorskim. 81 turbin generuje 219 MW, co stanowi rekord w naszym kraju. Została oddana do użytku pod koniec 2020 roku, a inwestycją zajmowała się izraelska firma Moshav. Najwyższa turbina wiatrowa zlokalizowana jest jednak w innym miejscu – jest nią Elektrownia Wiatrowa Nowy Tomyśl. W jej skład wchodzą zaledwie dwa wiatraki, mające wysokość 210 metrów. Masz konstrukcji wykonany został z kratownicy, która ma 160 metrów wysokości. Oba zostały wzniesione w 2012 roku i stanowiły najwyższą konstrukcję tego rodzaju na świecie.

Najwyższa turbina wiatrowa w Polsce
Elektrownia Wiatrowa Nowy Tomyśl | Źródło: pl.wikipedia.org

Na świecie w produkcji energii wiatrowej dominują Chiny i Stany Zjednoczone. Prototypowy model turbiny GE Haliade-X, który znajduje się w porcie w Rotterdamie był do niedawna najwyższą turbiną wiatrową na świecie. Sytuacja zmieniła się pod koniec 2021 roku. SG 14-222 DD to turbina zbudowana przez firmę Siemens Gamesa, która przejęła palmę pierwszeństwa wśród najwyższych konstrukcji tego typu. Średnica jej wirnika osiąga 222 metry, natomiast omiatany łopatami obszar stanowi 39 tysięcy m². Póki co powstał jeden prototyp, niemiecko-hiszpańska firma planuje rozpoczęcie sprzedaży od 2024 roku.

Ile prądu może wytworzyć pojedyncza turbina wiatrowa?

Produkcja energii elektrycznej z turbin wiatrowych w kontekście opłacalności, porównywana jest często do produkcji energii ze źródeł konwencjonalnych, jakimi są kopalnie węglowe. Szacuje się, że pojedyncza turbina wiatrowa jest w stanie wytworzyć około 1 MW energii, podczas gdy elektrownia węglowa jest w stanie wytworzyć około 1 GW energii. Potrzeba więc znacznej liczby turbin, aby zaspokoić zapotrzebowanie energetyczne i wyrównać z poziomem paliw kopalnych. Warto jednak pamiętać, że energia wytwarzana z wiatru jest czystym i odnawialnym źródłem, przez co bardziej ekologicznym. Ciągłe prace nad rozwojem turbin sprawiają, że stają się one bardziej wydajne.

Sprawdź też: Czy Polska doczeka się własnej elektrowni atomowej? Jak wyglądała historia energetyki jądrowej w Polsce?

Turbiny wiatrowe charakteryzują się zmienną efektywnością w ciągu roku, ponieważ ich praca jest całkowicie uzależniona od wiatru. Wyznaczony czas pracy elektrowni wiatrowych w ciągu roku to około 1500-2000 godzin. Polskie Sieci Elektroenergetyczne podają statystyczne wyniki uzyskiwanej mocy przez farmy wiatrowe, zarówno w odniesieniu miesięcznym, jak i dniowym. Najnowsze dane pochodzą z listopada 2021 roku i, jak podaje rynekelektryczny.pl, 20 listopada osiągnęły maksymalną moc 6399,6 MW, czyli 34% całkowitej generacji KSE (Krajowego Systemu Elektroenergetycznego). W zeszłym roku wszystkie elektrownie w Polsce wygenerowały 6,35 GW.

Transport łopaty wirnika
Transport jednej z łopat wirnika turbiny | Źródło: group.vattenfall.com

Syndrom turbin wiatrowych

Syndrom turbin wiatrowych to określenie na różne dolegliwości, które mogą towarzyszyć osobom mieszkającym bądź często przebywającym w pobliżu turbin wiatrowych. Termin ten został wprowadzony po badaniach w 2004 roku, które przeprowadzała amerykańska lekarka – Nina Pierpont. Twierdziła, że takie osoby mogą cierpieć na zaburzenia snu i słuchu, bóle i zawroty głowy, przyspieszoną akcję serca, a nawet ataki paniki. Jej głos wywołał dyskusję na temat wpływu turbin wiatrowych na żyjących w okolicy mieszkańców, jednak sam syndrom turbin wiatrowych nie został wpisany jako jednostka chorobowa. Medycyna nie zaakceptowała i nie potwierdziła słuszności badań, dlatego sam syndrom zalicza się do części pseudonauki.

Energia wiatrowa wytwarzana przez turbiny wiatrowe to jedna z OZE (Odnawialnych Źródeł Energii). Chociaż wciąż zaspokaja niewielki procent zapotrzebowania energetycznego, wykorzystywana jest do zasilania w Polsce i na całym świecie. Teraz wiesz już, na jakiej zasadzie turbiny przekształcają wiatr w energię i jakie rodzaje turbin możemy spotkać.

-75%
Kody rabatowe Morele Najlepsze promocje w jednym miejscu

2
0

Podziel się:

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.