Moara de vânt vs. Turbina eoliană: Care este diferența?

O moară de vânt și o turbină eoliană diferă ca structură și scop, chiar dacă mulți oameni folosesc termenii interschimbabil. O moară de vânt este o tehnologie foarte veche care folosește vântul pentru a măcina cerealele în făină, a acționa mașini sau a muta apa. O turbină eoliană transformă energia eoliană în electricitate prin rotirea unei turbine.

Cum funcționează morile de vânt?

Morile de vânt nu produc energie electrică, ci folosesc energie mecanică — inițial pentru a măcina cerealele în mori. Morile de vânt verticale, genul familiar din mediul rural american sau olandez, folosesc pânze din țesătură sau lemn care se rotesc de-a lungul unei axe orizontale.

De acolo, forța rotațională (cuplul) se transmite prin angrenaje pentru a roti o piatră de moară. Aceasta permite o gamă largă de utilizări, cum ar fi măcinarea cerealelor, acționarea unui arbore pentru a pompa apă, funcționarea unui ferăstrău alternativ și producerea de pulpă de hârtie.

Istoria morii de vânt

Morile de vânt ar putea data din antichitate, dar prima lor apariție verificată este din Persia secolului al IX-lea, Iranul de astăzi. Morile de vânt s-au răspândit în Eurasia odată cu extinderea islamului în secolele ulterioare.

La începutul secolului al XVII-lea, morile de vânt puteau fi găsite pompând apă și măcinând cereale în Țările de Jos, Regatul Unit și o mare parte din Europa de Nord — unde, spre deosebire de râurile care acționează roțile hidraulice, vântul nu îngheață. De acolo, morile de vânt au ajuns în America de Nord. Încă din 1662, o moară de vânt măcina cereale la poalele Manhattanului.

Începând cu secolul al XIX-lea, morile de vânt au făcut posibilă agricultura în Marile Câmpii Americane și în Outback-ul Australian. Ele au fost un element de bază al mediului rural american până la apogeul lor în anii 1930, când electrificarea rurală din cadrul New Deal le-a înlocuit în mare măsură. Chiar și morile de vânt istorice din Olanda sunt abandonate, conservate în mare parte în scopuri turistice.

Cum funcționează turbinele eoliene?

O turbină este o mașină care generează electricitate printr-un arbore cotit rotativ. Arborele cotit trece un fir înainte și înapoi printr-un câmp magnetic, generând un curent electric.

Turbinele nu sunt specifice energiei eoliene: ele sunt folosite pentru a genera electricitate în centrale termoelectrice (nucleare, pe cărbune și pe gaze naturale, de exemplu), care fierb apa, care rotește o turbină pe măsură ce se transformă în abur. Barajele hidroelectrice folosesc forța gravitației (căderea apei) pentru a roti turbinele și a genera electricitate.

În mod similar, turbinele eoliene folosesc forța rotațională a palelor (numite uneori pânze sau vane) atașate unui arbore cotit, care rotește turbina.

Istoria turbinelor eoliene

Prima turbină eoliană folosită pentru a genera electricitate datează din 1887 — la doar cinci ani după ce Thomas Edison a dezvoltat prima centrală electrică pe cărbune. Profesorul scoțian James Blyth a construit o turbină eoliană pentru a stoca electricitate într-o baterie care îi ilumina casa. În 1895, Poul la Cour din Danemarca a creat prima centrală electrică acționată de vânt, furnizând electricitate unui sat local. Până în 1900, Danemarca găzduia 2.500 de turbine eoliene. Astăzi, Danemarca este din nou o forță majoră în tehnologia eoliană.

Un pionier neglijat al energiei eoliene regenerabile, James Blyth a petrecut deceniul următor promovând energia eoliană, denunțând ineficiența utilizării gazului pentru iluminatul locuințelor și numind motoarele cu abur pe cărbune „intermediari risipitori”. În Marea Britanie, unde cărbunele era ieftin ca preț, deși cu un cost uman ridicat, intermediarii au avut câștig de cauză. Povestea s-a repetat pe măsură ce energia eoliană și-a făcut loc în anul următor în America de Nord, nereușind să concureze cu cărbunele și petrolul ieftine.

Lungime

Din anul 2000, lungimea palelor turbinelor eoliene a crescut de la an la an. Palele mai lungi generează mai multă electricitate, la fel cum un lanț mai mare în față la o bicicletă cu 10 viteze generează mai multă putere. Trei rotații ale unei pale de peste 100 de metri pot încărca complet un Tesla Model 3.

Palele mai lungi captează, de asemenea, vântul dintr-o zonă mai mare: dublarea lungimii palei cvadruplează suprafața pe care o acoperă pe măsură ce se rotește. Acest lucru înseamnă că mai multă energie eoliană este captată la fiecare rotație a palei — un factor important având în vedere intermitența vântului și schimbările în tiparele vântului induse de schimbările climatice. Palele mai lungi reduc, de asemenea, numărul de pale necesare pentru o fermă eoliană, scăzând costurile.

În iunie 2022, Siemens Gamesa a contractat cu o fermă eoliană offshore scoțiană pentru a produce cele mai lungi pale până la acea dată: 60 de turbine eoliene cu pale de 108 metri lungime — cu puțin sub lungimea unui teren de fotbal american. Fiecare pală a turbinei cu trei pale este capabilă să producă suficientă electricitate pentru a alimenta, în medie, 800 de case americane. Acest record mondial nu va dura însă mult.

Înălțime

Pentru a găzdui palele mai lungi, turnurile turbinelor eoliene au crescut în înălțime. Acest lucru le-a sporit, de asemenea, eficiența, deoarece, în general, cu cât turnul este mai înalt, cu atât este mai multă energie eoliană disponibilă pentru a fi captată. Vânturile sunt mai puternice la altitudini mai mari, datorită frecării mai reduse cu solul și densității aerului mai mici.

La mijlocul anului 2022, cele mai înalte turbine eoliene au atins 280 de metri. (Prin comparație, clădirea Empire State din New York City are 443.2 metri înălțime, inclusiv antena.) În întreaga lume, cele mai înalte turnuri sunt adesea plasate la kilometri distanță de coastă, departe de vedere de pe uscat, și acolo unde vânturile tind să fie mai puternice.

Turbinele eoliene și fauna sălbatică

Iubitorii de animale s-ar putea întreba unde se încadrează păsările migratoare și liliecii în conversația despre morile de vânt și turbinele eoliene. Morile de vânt tradiționale sunt mult mai puțin o preocupare astăzi decât turbinele eoliene moderne, de mare viteză.

Crește o suprafață mai mare acoperită de palele mai lungi ale turbinei șansele de coliziune a păsărilor și liliecilor? Sau palele care se rotesc mai lent reduc coliziunile?

Pentru a măsura impactul asupra faunei sălbatice migratoare, trebuie luate în considerare rata mortalității, locația fermei eoliene și tiparele de migrație. Conform unui studiu din California, palele mai mari nu au avut niciun impact asupra mortalității liliecilor și păsărilor: energia mai mare produsă pe o amprentă mai mică a compensat rata mai mare de mortalitate pe turbină.

Un studiu recent japonez, însă, a constatat că palele mai lungi ale turbinelor au redus numărul de coliziuni ale păsărilor pe megawatt de energie produs.

Studii comparative mai ample ale fermelor eoliene din diferite locații (în interiorul și în afara rutelor de migrație a păsărilor) ar putea oferi răspunsuri mai definitive. Dar merită să rețineți că amenințarea numărul unu pentru păsări astăzi este schimbarea climatică, iar amplasarea corectă a fermelor eoliene este mai importantă decât dimensiunea turbinei în protejarea faunei sălbatice.

Diferențe cheie

Morile de vânt au fost folosite istoric în operațiuni la scară mică, cu tehnologie simplă, într-o singură locație, menite să macine cereale, să acționeze fierăstraie, să prepare pulpă de lemn pentru hârtie și alte funcții care necesită energie mecanică, dar nu neapărat electricitate.

Prin comparație, turbinele eoliene tind să fie furnizori la scară largă de electricitate pentru rețea, pentru utilizare în afara locației. La fel ca majoritatea centralelor electrice, ele sunt situate în locuri izolate, fie pe uscat, fie offshore, livrând electricitate clienților predominant urbani la mulți kilometri distanță.

Dar la fel cum energia solară poate fi dimensionată pentru a satisface nevoile atât ale proprietarilor de locuințe individuali, cât și ale centralelor electrice la scară utilitară, la fel poate fi și energia eoliană. „Resursele eoliene distribuite” sunt turbine eoliene la scară mică potrivite pentru consumatorii individuali de electricitate, cum ar fi o fermă de lactate care dorește să își compenseze propriul consum de electricitate sau un proprietar de locuință cu zero energie netă care dorește să utilizeze energie curată pentru a trăi deconectat de la rețea. Există, într-adevăr, numeroase moduri de a valorifica puterea vântului.