HVORDAN FUNGERER VINDMøLLER?

Send

Kanskje har du sett dem mens du kjørte gjennom landskapet. Eller kanskje du så dem like ved kysten, truende store i horisonten med spinnebladene. Så igjen, kan det hende du har sett dem på noens tak, eller som en del av en småskala byoperasjon. Uansett beliggenhet blir vindmøller og vindkraft et stadig mer vanlig trekk i den moderne verden.

Mye av dette har å gjøre med trusselen om klimaendringer, luftforurensning og ønsket om å avvenne menneskeheten av sin avhengighet av fossilt brensel. Og når det gjelder alternativ og fornybar energi, forventes vindkraft å okkupere den nest største andelen av markedet i fremtiden (etter solenergi). Men hvordan fungerer vindmøller nøyaktig?

Beskrivelse:

Luftturbiner er enheter som gjør vindens kinetiske energi og endringer i luftstrømmen til elektrisk energi. Generelt består de av følgende komponenter: en rotor, en generator og en strukturell støttekomponent (som kan ha form av enten et tårn, en rotor girmekanisme eller begge deler).

En rotor består av bladene som fanger opp vindens energi og en skaft, som konverterer vindenergien til lav hastighet rotasjonsenergi. Generatoren - som er koblet til akselen - konverterer den langsomme rotasjonen til høy til elektrisk energi ved bruk av en serie magneter og en leder (som vanligvis består av kveilet kobbertråd).

Når magnetene roterer rundt med kobbertråden, gir det en forskjell i elektrisk potensial, og skaper spenning og en elektrisk strøm. Til slutt er det den strukturelle støttekomponenten, som sikrer at turbinen enten står i høye nok høyder til å fange opp endringer i vindtrykk og / eller vende i retning av vindstrøm.

Typer vindmøller:

For tiden er det to hovedtyper av vindturbiner - Horisontale aksel vindturbiner (HAWT) og Vertical Axis Wind Turbines (VAWT). Som navnet antyder, har horisontale vindturbiner en hovedrotoraksel og elektrisk generator på toppen av et tårn, med knivene pekt i vinden. Turbinen er vanligvis plassert motvind fra støttårnet, siden tårnet sannsynligvis vil produsere turbulens bak seg.

Vertikale akseturbiner (nok en gang, som navnet tilsier) har hovedrotorakselen anordnet vertikalt. Vanligvis er disse mindre i naturen, og trenger ikke å pekes i vindretningen for å kunne rotere. De kan dermed dra nytte av vind som er variabel når det gjelder retning.

Generelt anses vindturbiner med horisontalakse være mer effektive og kan produsere mer kraft. Mens den vertikale modellen genererer mindre strøm, kan den plasseres i lavere høyder og trenger mindre i form av komponenter (spesielt en girmekanisme). Vindturbiner kan også deles inn i tre generelle grupper basert på deres design, som inkluderer Towered, Savonius og Darrieus modeller.

Den ruvede modellen er den mest konvensjonelle formen for HAWT, bestående av et tårn (som navnet antyder) og en serie lange kniver som sitter foran (og parallelt med) tårnet. Savonis er en VAWT-modell som er avhengig av konturerte kniver (øser) for å fange vind og spinn. De er generelt lite effektiv, men har fordelen av å være selvstartende. Disse slags turbiner er ofte en del av vindvinden på taket eller montert på sjøfartøyer.

Darrieus-modellen, også kjent som en "Eggbeater" -turbin, er oppkalt etter den franske oppfinneren som var banebrytende for designet - Georges Darrieus. Denne VAWT-modellen bruker en serie vertikale kniver som sitter parallelt med den vertikale støtten. De har generelt lav virkningsgrad, krever en ekstra rotor for å begynne å vri, produsere høyt dreiemoment og legge høyt belastning på tårnet. Derfor blir de ansett som upålitelige når design går.

Utviklingshistorie:

Vindkraft har blitt brukt i tusenvis av år for å skyve seil, drive vindmøller eller for å generere trykk for vannpumper. De tidligste kjente eksemplene kommer fra Sentral-Asia, der vindmøller brukt i det gamle Persia (Iran) har blitt datert til mellom 500 - 900 e.Kr. Teknologien begynte å vises i Europa i løpet av middelalderen, og ble et fellestrekk på 1500-tallet.

Ved 1800-tallet, med utviklingen av elektrisk kraft, ble de første vindmøllene som var i stand til å generere strøm, bygget. Den første ble installert i 1887 av den skotske akademikeren James Blyth for å tenne feriehuset hans i Marykirk, Skottland. I 1888 bygde den amerikanske oppfinneren Charles F. Brush den første automatiserte vindturbinen for å drive hjemmet sitt i Cleveland, Ohio.

På begynnelsen av 1900-tallet begynte vindmøller å bli et vanlig middel for å drive hjem i avsidesliggende områder (for eksempel gårdsbruk). I 1941 ble den første vindturbinen i megawattklasse installert i Vermont og festet til det lokale nettnettet. I 1951 installerte Storbritannia sin første verktøy-tilkoblede vindturbin på Orknøyene.

På 1970-tallet avanserte forskning og utvikling innen vindturbinteknologi betydelig takket være OPEC-krisen og protester mot atomkraft. I de påfølgende tiårene begynte foreninger og lobbyister dedikert til alternativ energi å dukke opp i vest-europeiske nasjoner og USA. I løpet av det siste tiåret av 1900-tallet dukket det opp en lignende innsats i India og Kina på grunn av økende luftforurensning og økende etterspørsel etter ren energi.

Vindkraft:

Sammenlignet med andre former for fornybar energi, regnes vindkraft som veldig pålitelig og jevn, da vinden er konsistent fra år til år og ikke reduseres i løpet av høye etterspørselstimer. Opprinnelig var bygging av vindparker en kostbar satsning. Men takket være nylige forbedringer har vindkraften begynt å sette topppriser i engrosenergimarkeder over hele verden og kutte inn i inntektene og overskuddene i fossil brenselindustrien.

I følge en rapport som ble gitt ut av energidepartementet i mars 2015, kan veksten av vindkraft i USA føre til enda mer dyktige jobber i mange kategorier. Med tittelen “Wind Vision: A New Era for Wind Power in the United States” indikerer dokumentet at industrien innen 2050 kunne utgjøre så mye som 35% av USAs elektriske produksjon.

I tillegg kom Global Wind Energy Council og Greenpeace International i 2014 for å publisere en rapport med tittelen “Global Wind Energy Outlook 2014”. Denne rapporten uttalte at verdensomspennende vindkraft kunne levere så mye som 25 til 30% av global elektrisitet innen 2050. På tidspunktet for rapportens skriving hadde kommersielle installasjoner i mer enn 90 land en total kapasitet på 318 gigawatt (GW), og omtrent 3,1% av den globale forsyningen.

Dette representerer en nesten seksten ganger økning i vedtakstakten siden år 2000, da vindkraften utgjorde mindre enn 0,2%. En annen måte å se på det vil være å si at markedsandelen for vindkraft har doblet seg fire ganger på under 15 år. Dette plasserer den bare for solenergi, som fordoblet syv ganger i løpet av den samme perioden, men fremdeles fører til vind i forhold til den samlede markedsandelen (tilnærmet 1% innen 2014).

Når det gjelder ulempene, er et konsekvent løftet spørsmål vindmøllene har på det lokale dyrelivet, og forstyrrelsen deres tilstedeværelse har på det lokale landskapet. Imidlertid har disse bekymringene ofte vist seg å være oppblåst av spesielle interessegrupper og lobbyister som ønsker å diskreditere vindkraft og andre fornybare energikilder.

For eksempel bestemte en studie fra 2009 utgitt av National Renewable Energy Laboratory at mindre enn 1 dekar per megawatt forstyrres permanent av byggingen av storskala vindparker, og at mindre enn 3,5 dekar per megawatt forstyrres midlertidig. Den samme studien konkluderte med at virkningene er relativt lave for fugl og flaggermus-dyreliv, og at de samme konklusjonene gjelder for offshore-plattformer.

Over hele verden ser regjeringer og lokalsamfunn etter vindkraft for å imøtekomme deres energibehov. I en tid med stigende drivstoffpriser, økende bekymring for klimaendringer og forbedring av teknologi, er dette neppe overraskende. I dagens gjeldende hastighet er det sannsynligvis en av de største energikildene i midten av århundret.

Og husk å glede deg over denne videoen om vindmøller, takket være NASAs Lewis Research Center:

Vi har skrevet mange interessante artikler om vindmøller og vindkraft her på Space Magazine. Her er hva er alternativ energi ?, Hva er fossile drivstoff ?, Hva er de forskjellige typene fornybar energi ?, Vindkraft på havet (med hjelp fra verdensrommet), og kunne verden løpe på sol- og vindkraft?

For mer informasjon, sjekk ut hvordan Stuff Works-artikkelen om vindkraftens historie og mekanikk og NASAs Greenspace-side.

Astronomy Cast har også noen episoder som er relevante for emnet. Her er avsnitt 51: Jorden og episode 308: Klimaendringer.

kilder: