Energia eoliană este electricitate generată din aerul care circulă natural în atmosfera Pământului.
Fiind o resursă regenerabilă, care nu se epuizează prin utilizare, impactul său asupra mediului și crizei climatice este mult mai mic decât arderea combustibililor fosili.
Putem crea energie eoliană prin construirea unor structuri simple, cum ar fi un set de pânze de 8 picioare poziționate pentru a captura vânturile predominante care pun în mișcare o piatră ce măcină grâne (o moară de vânt).
Sau, o structură de energie eoliană poate fi la fel de complexă ca o paletă de 30 de metri care rotește un generator ce produce electricitate ce poate fi stocată într-o baterie sau distribuită printr-un sistem de alimentare cu energie.
Până în 2021, în Statele Unite funcționau mai mult de 67.000 de turbine eoliene, în 44 de state, Guam și Puerto Rico.
Mecanismele de energie eoliană au generat aproximativ 8,4% din electricitatea din SUA în 2020.
La nivel mondial, vântul furnizează aproximativ 6% din necesarul de electricitate al lumii.
Energia eoliană crește anual cu aproximativ 10% și este o parte esențială a celor mai multe planuri de reducere a schimbărilor climatice și dezvoltare sustenabilă din mai multe țări, inclusiv China, India, Germania și Statele Unite.
Definiția energiei eoliene
Oamenii folosesc energia eoliană în multe moduri, de la cele simple (este încă utilizată pentru a pompa apă pentru animale în locații mai izolate) până la cele din ce în ce mai complexe—gândiți-vă la miile de turbine care domină colinele de pe autostrada 580 din California.
Componentele de bază ale oricărui sistem de energie eoliană sunt destul de asemănătoare. Există pale de diferite dimensiuni și forme conectate la un ax de transmisie, și o pompă sau un generator care folosește sau colectează energia vântului.
Dacă energia vântului este utilizată direct ca forță mecanică, cum ar fi măcinarea grânelor sau pomparea apei, se numește moară de vânt; dacă aceasta este transformată în energie electrică, se numește turbină eoliană.
Un sistem de turbină necesită componente suplimentare, cum ar fi o baterie pentru stocarea electricității, sau este conectat la un sistem de distribuție a energiei, cum ar fi linii electrice.
Nu se știe când a început omul să folosească vântul, dar energia vântului a mișcat bărcile pe râul Nil din Egipt în jurul anului 5000 î.Hr. Până în anul 200 î.Hr., oamenii din China foloseau vântul pentru a alimenta pompe de apă simple, iar locuitorii din Orientul Mijlociu foloseau mori de vânt cu pale țesute manual pentru a măcina grâne.
De-a lungul timpului, morile de vânt și pompele au ajutat la producerea multor tipuri de alimente în acea zonă, iar conceptul s-a răspândit în Europa, unde olandezii au construit mari pompe de vânt pentru a drena zonele umede—de aici, ideea s-a răspândit și în America.
Elementele de bază ale energiei eoliene
Vântul apare natural atunci când soarele încălzește atmosfera, prin variațiile de pe suprafața Pământului și prin rotația planetei.
Vântul poate crește sau scădea din cauza influenței corpului de apă, pădurilor, pajiștilor și altor vegetații și schimbărilor de altitudine.
Tipurile și vitezele vântului variază semnificativ pe terenuri și sezonier, dar unele dintre aceste modele sunt suficient de predictibile pentru a fi planificate.
Selectarea locației
Vârfurile colinelor rotunjite, câmpiile deschise (sau apa deschisă pentru vântul offshore), și pasurile montane (unde vântul este canalizat natural, producând viteze mari ale vântului) sunt cele mai bune locații pentru amplasarea unei turbine eoliene.
În general, cu cât este mai mare altitudinea, cu atât este mai bine, deoarece altitudinile mai mari au de obicei mai mult vânt.
Previziunea energiei eoliene este un instrument important pentru alegerea locației unei turbine eoliene.
Mai multe surse de date de la Administrația Națională Oceanică și Atmosferică (NOAA) sau Laboratorul Național de Energie Regenerabilă (NREL) din Statele Unite oferă aceste informații.
Este important să se realizeze un studiu specific locului pentru a evalua condițiile locale de vânt și a determina direcția optimă pentru amplasarea turbinelor eoliene pentru o eficiență maximă.
Oricine intenționează să construiască o turbină eoliană ar trebui să monitorizeze viteza vântului, turbulența, direcția, temperatura aerului și umiditatea în locația dorită, timp de cel puțin un an.
După evaluarea acestor informații, este mai ușor să construiești turbine care vor oferi rezultate predictibile.
Vântul nu este singurul factor pentru alegerea locației turbinelor. Dezvoltatorii unui parc eolian trebuie să ia în considerare cât de aproape este ferma de linii de transmisie (și de orașele care pot utiliza energia); posibile interferențe cu aeroporturile locale și traficul aerian; structura rocii subterane și falii; tiparele de zbor ale avioanelor; și impactul asupra comunității locale (zgomotul și alte posibile efecte).
Majoritatea proiectelor eoliene mai mari sunt concepute să dureze cel puțin 20 de ani, dacă nu mai mult, așadar acești factori trebuie luați în considerare pe termen lung.
Tipuri de energie eoliană
Energie eoliană la scară utilitară
Acestea sunt proiecte eoliene la scară largă, concepute pentru a fi utilizate ca sursă de energie pentru o companie de utilități.
Sunt similare ca amploare cu o centrală pe cărbune sau pe gaz natural, pe care uneori le înlocuiesc sau le suplimentează.
Turbinele au o putere mai mare de 100 de kilowați și sunt de obicei instalate în grupuri pentru a furniza o putere semnificativă—în prezent, acest tip de sisteme furnizează aproximativ 8,4% din toată energia din Statele Unite.2
Energie eoliană offshore
Acestea sunt de obicei proiecte eoliene la scară utilitară planificate pe ape în apropierea zonelor de coastă.
Pot genera o putere enormă în apropierea orașelor mari (care tind să se grupeze mai aproape de țărm în mare parte din Statele Unite).
Conform Departamentului de Energie al SUA, vântul bate mai constant și mai puternic în zonele offshore decât pe uscat.
Pe baza datelor și calculului organizației, potențialul energiei eoliene offshore din SUA este mai mare de 2.000 de gigawați de putere, ceea ce reprezintă de două ori capacitatea de producție a tuturor centralelor electrice din Statele Unite.
La nivel global, energia eoliană ar putea furniza de mai mult de 18 ori ceea ce folosește acum lumea, conform Agenției Internaționale pentru Energie.
Energie eoliană la scară mică sau distribuită
Acest tip de energie eoliană este opusul exemplului de mai sus. Acestea sunt turbine eoliene mai mici, folosite pentru a satisface cerințele de energie ale unui anumit loc sau zone locale.
Uneori, aceste turbine sunt conectate la rețeaua de distribuție a energiei mai mari, iar alteori sunt autonome.
Veți vedea aceste instalații mai mici (de dimensiunea de 5 kilowați) în locații rezidențiale, unde pot satisface unele sau majoritatea nevoilor unei case, în funcție de condițiile meteorologice, iar versiunile de dimensiuni medii (cam 20 de kilowați) pe site-uri industriale sau comunitare, unde pot face parte dintr-un sistem de energie regenerabilă care include și energie solară, geotermală sau alte surse de energie.
Cum funcționează energia eoliană?
Funcția unei turbine eoliene este de a folosi elicele de diferite forme (care pot varia) pentru a captura energia cinetică a vântului.
Pe măsură ce vântul trece peste elice, acesta le ridică, la fel cum ridică o pânză pentru a împinge o barcă. Acea împingere din partea vântului face ca elicele să se rotească, mișcând axul la care sunt conectate.
Acest ax rotește apoi o pompă de diferite tipuri—fie mută o piatră peste boabe (moară de vânt), fie împinge acea energie într-un generator care produce electricitate ce poate fi utilizată imediat sau stocată într-o baterie.
Procesul pentru un sistem care generează electricitate (turbină eoliană) include următorii pași:
Vântul împinge elicele
Ideal, o moară de vânt sau o turbină eoliană este amplasată într-un loc cu vânturi regulate și consistente.
Mișcarea aerului împinge elicele, care sunt special concepute pentru a permite vântului să le împingă cât mai ușor posibil.
Elicele pot fi proiectate astfel încât să fie împinse în direcția vântului sau în sensul opus acestuia.
Energia cinetică se transformă
Energia cinetică este energia liberă provenită din vânt. Pentru ca noi să putem folosi sau stoca acea energie, aceasta trebuie să fie transformată într-o formă utilizabilă de putere.
Energia cinetică se transformă în energie mecanică atunci când vântul întâlnește elicele și le împinge. Mișcarea elicei face ca axul să se rotească.
Electricitatea este generată
Într-o turbină eoliană, un ax rotitor este conectat la o cutie de viteze care crește viteza rotației de 100 de ori—ceea ce face ca generatorul să se rotească.
Prin urmare, roțile din interiorul cutiei de viteze se rotesc mult mai repede decât elicele împinse de vânt. Odată ce aceste roți ating o viteză suficient de mare, ele pot alimenta un generator care produce electricitate.
Cutia de viteze este cea mai scumpă și grea parte a turbinei, iar inginerii lucrează la generatoare cu acționare directă, care pot funcționa la viteze mai mici (astfel încât nu au nevoie de cutie de viteze).
Transformatorul convertește electricitatea
Electricitatea produsă de generator este curent alternativ de 60 de cicluri (AC).
Un transformator poate fi necesar pentru a o converti într-un alt tip de electricitate, în funcție de necesitățile locale.
Electricitatea este utilizată sau stocată
Electricitatea produsă de o turbină eoliană poate fi folosită pe loc (ceea ce este mai frecvent în proiectele eoliene mici sau medii), poate fi livrată către linii de transmisie pentru a fi utilizată imediat sau poate fi stocată într-o baterie.
Stocarea mai eficientă a energiei în baterii este esențială pentru progresele viitoare ale energiei eoliene.
Capacitatea de stocare mai mare înseamnă că, în zilele când vântul bate mai puțin, electricitatea stocată de pe zilele mai vântoase ar putea suplini lipsa acesteia.
Variabilitatea vântului ar deveni astfel un obstacol mai mic în obținerea unei electricități fiabile din vânt.
Ce este un parc eolian?
Un parc eolian este o colectare de turbine eoliene care formează un tip de centrală electrică, producând electricitate din vânt.
Nu există un număr oficial de turbine pentru ca o instalație să fie considerată un parc eolian, astfel încât poate include câteva sau sute de turbine eoliene care lucrează în aceeași zonă, fie pe uscat, fie pe mare.
Avantaje și dezavantaje ale energiei eoliene
Avantaje:
- Atunci când sunt amplasate corect, turbinele eoliene pot produce electricitate ieftină și nepoluantă în aproximativ 90% din timp.
- Un parc eolian produce foarte puține deșeuri – nimic nu trebuie transportat și aruncat, nu este necesară apă pentru răcirea echipamentului și nu există deșeuri de curățat.
- După instalare, turbinele eoliene au un cost de operare scăzut, deoarece vântul este gratuit.
- Este flexibil din punct de vedere al spațiului: Poți folosi o turbină mică pentru a alimenta o casă sau o clădire agricolă, o turbină mare pentru nevoile energetice industriale sau un câmp de turbine uriașe pentru a crea o sursă de energie de nivelul unei centrale electrice pentru un oraș.
Dezavantaje:
- Fiabilitatea vântului poate varia. În plus, vânturile prea slabe sau prea puternice vor opri o turbină și nu va fi produsă deloc electricitate.
- Turbinele pot fi zgomotoase, în funcție de locul unde sunt amplasate, iar unii oameni nu le plac din cauza aspectului. Aceasta ar putea deranja vecinii.
- Turbinele eoliene au fost găsite ca fiind dăunătoare faunei sălbatice, în special păsărilor și liliecilor.
- Au un cost inițial ridicat, deși își recuperează costurile relativ repede.
