A szélenergia, más néven szélenergia a szél hasznosításának és elektromos árammá alakításának eszköze. A turbinák átlagos szélhatásfoka 35-45% között van.
Szélenergia előállítása
A szél a föld atmoszférájában keletkezik a földhőmérsékletek helyi vagy regionális és globális szintű különbségei miatt. Amikor a meleg felmelegszik, felemelkedik, és alacsony légnyomás mellett hagyja el a helyet; A magasabb légnyomású hűvösebb területekről érkező levegő beáramlik, hogy kiegyenlítse a légnyomást.
A szélmalmok és -turbinák kihasználják azt a kinetikus energiát vagy „mozgási energiát”, amely a levegőt vagy a szelet egyik helyről a másikra mozgatja, és elektromos árammá alakítja. A szélturbinákat szeles helyekre állítják fel, így a szél megmozgathatja a turbinák lapátjait. Ezek a pengék forgatják a motort, a fogaskerekek pedig annyira megnövelik a fordulatszámot, hogy áramot termeljenek. A különböző konstrukciójú turbinák különböző körülményekhez alkalmasak.
Szélhatékonyság és szélkapacitástényező
A szélhatékonyság nem azonos a szélkapacitás-tényezővel, ez az, amiről szó esik, amikor az energiahatékonyságra gondolnak. A Wind Watch megmagyarázza a két jelenség közötti különbséget.
Szélhatékonyság és határai
A szél hatásfoka a szélben lévő mozgási energia mennyisége, amely mechanikai energiává és elektromossággá alakul. A Betz Limit által leírt fizika törvényei szerint a maximális elméleti határ 59,6%. A szélnek szüksége van a fennmaradó energiára, hogy elfújja a lapátokat. Ez valójában jó. Ha egy turbina az energia 100%-át bezárná, akkor a szél leállna, és a turbina lapátjai nem tudnak elfordulni elektromos áram előállításához.
Azonban jelenleg egyetlen gép sem tudja a szélből elektromos energiává alakítani a csapdába esett kinetikus energia teljes 59,6%-át. A generátorok gyártási és tervezési módjai miatt vannak korlátok, amelyek tovább csökkentik a végül árammá alakított energia mennyiségét. Az átlag jelenleg 35-45%, ahogy fentebb megjegyeztük. A Wind Watch szerint a csúcsteljesítmény maximuma elérheti az 50%-ot. Egy ausztrál kormány dokumentuma (NSW) is egyetért azzal, hogy 50% a maximálisan elérhető szélhatékonyság (3. oldal).
Az energiahatékonyság nem változik annyira, mint a szélkapacitási tényező, ami nagymértékben függ a helytől és az időjárási viszonyoktól.
Szélkapacitástényező
A szélkapacitás-tényező a generátor által megtermelt energia mennyisége, szemben azzal, amit akkor tudna termelni, ha folyamatosan csúcskapacitáson működne a Green Tech Media szerint. A szélkapacitás-tényező helyenként és az év különböző szakaszaiban, még ugyanazon turbinák mellett is változhat, mivel függ a szél sebességétől, sűrűségétől és a generátor méretétől függő söpört területtől, mutat rá az Open EI. A szélkapacitástényező optimalizálható olyan helyek kiválasztásával, ahol az év egészében vagy nagyobb részében ideális szélviszonyok uralkodnak. Ezért fontos figyelembe venni a szélkapacitás-tényezőt és az azt befolyásoló körülményeket a teljesítmény maximalizálása érdekében.
- A szélsebesség30 mérföld/óra alatt kevés energiát termel a Wind Watch szerint. Még kis sebességnövekedés is jelentős megnövekedett teljesítményt eredményezhet az Open EI szerint. A megtermelt villamos energia a szélsebesség kocka, magyarázza a Wind EIS-t.
- A levegő sűrűsége nagyobb a hűvösebb régiókban és a tengerszinten, mint a hegyekben. Tehát az ideális helyek nagy szélsűrűséggel a hidegebb tengerek az Open EI szerint. Ez az egyik oka a tengeri szélenergia-termelés nagyarányú terjeszkedésének.
- A nagyobb és magasabb turbinák kihasználhatják a talaj feletti nagyobb szél és a lapátok megnövekedett fesztávolságát. A gazdasági megfontolások ezért itt fontossá válnak.
A kapacitástényező folyamatosan növekszik a továbbfejlesztett technológiával. A Green Tech Media szerint a 2014-ben épített szélturbinák 41,2%-os kapacitástényezőt értek el, szemben a 2004-2011 között épített turbinák 31,2%-ával. A szél kapacitástényezőjét azonban nemcsak a technológia befolyásolja, hanem maga a szél rendelkezésre állása is. Így 2015-ben a turbinák kapacitástényezője az előző évek átlaga alatt volt a "szélszárazság" miatt - magyarázza a Green Tech Media.
Összehasonlítás más áramforrásokkal
A szél energiahatékonysága jobb, mint a szén energiahatékonysága. A szénben lévő energiának csak 29-37%-a alakul elektromos árammá, és a gáz hatásfoka közel azonos a szélével, mivel a gázban lévő energiának 32-50%-a alakítható elektromos árammá.
A kapacitástényezőket tekintve azonban a fosszilis tüzelőanyagok jobban teljesítettek, mint a szél az Egyesült Államokban 2016-ban az Egyesült Államok Energia Információs Hivatala (EIA) szerint.
-
megújuló vs gyárak A szénerőművek az Egyesült Államokban kapacitásuk 52,7%-án működtek.
- A gázüzemek kapacitástényezője 56% volt az Egyesült Államokban.
- Az atomenergia kapacitástényezője 92,5% volt a nem fosszilis tüzelőanyagokra vonatkozó KHV-adatok szerint.
- A vízerőmű kapacitástényezője 38% volt.
- A szélenergia teljesítménytényezője 34,7% volt.
A különböző energiaforrásokból származó teljesítmény összehasonlításakor nem csak a kapacitástényezőt érdemes figyelembe venni, hanem az energiahatékonyságukat is. Ez teszi versenyképessé és megvalósíthatóvá a szélenergia-termelés növelését a fosszilis tüzelőanyagokhoz képest, amelyeket az általuk okozott szennyezési problémák is zavarnak.
A megszakítások befolyásolják a szélenergia-kibocsátást
A szélenergia szaggatottságtól szenved, mivel a szél nem mindig áll rendelkezésre, és változó sebességgel fújhat, ami azt jelenti, hogy az áramot inkonzisztens szinten állítják elő. Az energiaszakadás az a jelenség, amikor az energia nem áll rendelkezésre folyamatosan számos olyan tényező miatt, amelyeket az emberek nem tudnak befolyásolni. Ezért van eltérés a kínálatban.
Megoldások az időszakos időszakra
Mivel a szélturbinák energiatermelése óráról órára, sőt másodpercről másodpercre ingadozik, az áramszolgáltatóknak nagyobb energiatartalékokkal kell rendelkezniük, hogy megfeleljenek és fenntartsák az áramellátás egyenletes szintjét, magyarázza az amerikai tudós. Az időszakosság nemcsak hiányosságokat, hanem túlzásokat is jelent; ez aztán egy lehetséges megoldást is kínál. Az American Scientist kifejti, hogy a szélenergia-források számának növekedésével az időjárási és szélviszonyok helyi különbségei kiegyenlíthetik a hiányokat és túlzásokat.
A jobb időjárás-előrejelzések és a modellezés megkönnyíti a szélenergia akár rövid távú változásainak figyelembevételét is. A források keverékére is szükség van a szélenergia-termelés napi vagy szezonális különbségeinek kiegyenlítéséhez.
A megszakításoktól függetlenül az Egyesült Államokban elterjedt új szélerőművek valóban segítettek az energiaellátás stabilizálásában, különösen Texasban a szélsőséges időjárási körülmények között a Clean Technica szerint.
Költség
2017-ben a The Independent bejelentette, hogy a szélből előállított energia olcsóbb, mint a fosszilis tüzelőanyagokból. 2017-ben 50 dollárba került egy megawattóra (MWh) előállítása. A technológia fejlődésével a költségek tovább csökkennek, ami vonzóbbá teszi, mint a hagyományos szennyező energiaforrások. Az Egyesült Államok azt reméli, hogy kormányzati ösztönzőkkel ösztönözheti ezt a mozgalmat, hogy növelje a szélenergia részarányát, amely 2016-ban az elektromos áram 6%-át biztosította az EIA szerint.
A Wind EIS megjegyzi, hogy a költségek 80%-a a turbinák telepítésével kapcsolatos tőkeköltség, 20%-a pedig az üzemelés. Mivel azonban nincs üzemanyagköltség, és figyelembe véve a teljes életciklusa során megtermelt energiát, a szélenergia versenyképes.
Szén-dioxid-mentes energia
A szélenergia a fosszilis tüzelőanyagokkal szembeni energia egyik leghatékonyabb alternatívája. Az előrejelzések szerint 2050-re 139 ország, amely jelenleg a világ energiájának 99%-át használja fel, 100%-ban megújuló energiát használ. A 2017-es Világfórum-jelentés szerint a szél és a napenergia együttesen ennek az energiának akár 97%-át is biztosíthatja. Ez segíthet megállítani a globális felmelegedést 1,5 fok alá. Legyen szó szélerőműről domboldalon vagy tengerparton, a szélturbina-technológia a nem megújuló hagyományos forrásoknál lényegesen hatékonyabb módot kínál a hasznosítható villamos energia előállítására.