ENERGIJA

Pripremio: Jozef Baruhović, inž.

Vetroenergija

Offshore Struja

Narodna poslovica po kojoj su “voda i vatra dobre sluge ali loši gospodari“ može se primeniti i na vetar. Na jednoj strani je rušilačka snaga oluja a na drugoj su korisna umerena vazdušna strujanja koja pomažu pokretanje mlinarskih točkova i pumpi za vodu iz dubokih bunara, pokreću brodove po moru. Primena energija vetra zadire duboko u istoriju čovečanstva...

Prvi zapisi o korišćenju energije vetra potiču iz Persije, oko 200. godina p.n.e. Ne postoje podaci za šta je korišćena ta energija ali se pretpostavlja da su vetrenjače korišćene za mlevenje žita, crpljenja vode za navodnjavanje, isušivanje močvara...

Vetrenjače iz Persije su imale vertikalnu osovinu sa šest do dvanaest lopatica pravougaonog oblika pokrivenih “asurama”. Radile su na principu “brodskog jedra“. Iz Persije su stigle u Evropu, u 13. veku. Tehnički usavršene, održale su se do 19. veka. Osim za pumpanje vode i isušivanje močvara, korišćene su za mlevenje žitarica i preradu namirnica. U tom periodu doživele su i tehnička poboljšanja. Napuštena je izvedba “brodskog jedra“ i prešlo se na izradu krutih krila/lopatica sa ojačanom prednjom ivicom duž celog krila i profilisanim krilom po celoj dužini.

Lopatice vetrogeneratora, ključni delovi za preuzimanje energije vetra, i danas se usavršavaju. Izrađuju se od lakih plastičnih materijala i fibeglasa, prave manju buku pri radu, imaju krila/lopatice sa promenljivim uglom u odnosu na pravac vetra, bolje se prilagođavaju udarima i brzini vetra.

Veliki korak učinjen je 1887. kada je škotski stručnjak Džems Blit, za potrebe punjenja baterija i osvetljavanje svoje kuće, postavio na osovinu vetrenjače elektični generator i tako dobio prvi vetrogenerator /VG/. Na prelasku iz 19. u 20. vek, broj VG porastao je posebno u SAD: 1908. bilo ih je 72, snage 5-25 kW, a u vreme Prvog svetskog rata američke fabrike proizvodile su do 100.000 vetrenjača i vetrogeneratora godišnje za potrebe farmera. Do 1931. većina farmi u SAD bila je snabdevena vetrenjačama i VG. Procene su da je, od 1850. do 1970. postavljeno šest miliona vetrenjača i VG snage do 1 KS. Glavni razlozi ovakvoj ekspanziji bili su slabo razvijena distributivna mreža i velika prostranstva SAD.

Prvi VG sličan današnjim, tj. sa horizontalnom osovinom, postavljen je 1931. na Jalti. Imao je snagu od 100 kW i stub visine 30 m. Stepen iskorišćenja iznosio je 32%, što je i za današnja merila visoka vrednost.

Prve “farme”

Prvo komercijalno priključenje VG na elektro-mrežu izvršeno je 1951. Velikoj Britaniji. A posle naftne krize 1973. i porasta interesovanja za korišćenje svih vidova obnovljivih izvora energije, započela je izgradnja VG velikih snaga, na “farmama” sa većim brojem stubova. Većina je bila priključena na državne elektro- prenosne mreže.

Danas u svetu, ukupna instalisana snaga VG iznosi 200.000 MW. Poređenja radi, snaga HE Đerdap iznosi 1.200 MW, a snaga VG podignutih u plitkim morskim vodama Evrope iznosi oko 3.200 MW. Trend porasta VG je različit na raznim kontinentima i kreće se u granicama od 12% u Evropi do 49% u Aziji.

Instalisane snage VG po kontinentima iznose: u Evropi - oko 85.000 MW, u Severnoj Americi - 45.000 MW, u Aziji - 60.000 MW. Slede Australija, Južna Amerika i Afrika sa manje od 2.500 MW. Po državama: Kina - 41.000 MW, SAD - 41.000 MW, Nemačka - 27.000 MW, Španija - 21.000 MW. Hrvatska ima instalisanu snagu 89 MW, a Austrija 1.100 MW. Za Srbiju nema podataka.

Tipovi vetrogeneratora

Dva najzastupljenija savremena tipa su: vetrogeneratori sa horizontalnom osovinom (VG HO) i vetrogeneratori sa vertikalnom osovinom (VG VO).

VG HO se proizvode u rasponu snage od 50 W do 4 MW i preko, zavisno od namene i mesta gde se postavljaju. Siluete VG HO su već dobropoznati detalji naših pejsaža .“Farmi” VG ima širom Evrope, Amerike i Australije. Na visokom stubu je kućište u kojem su električni generator, zupčasti reduktori i kontrolna oprema za upravljanje i regulaciju napona. Na jednom kraju gondole pričvršćena je trokraka elisa, slična elisi klipnog aviona, izrađena od plastičnih masa ili fiberglasa. Sklop rotor-gondola može da se okreće oko svoje ose a poseban mehanizam uvek ga dovodi u položaj upravan na pravac vetra. Trokraka elisa menja ugao svojih krakova prilagođavajući se brzini vetra.

VG VO su manje u primeni. Njihova prednost je u tome da su nezavisni od pravca vetra. Elektrogenerator je postavljen blizu površine tla, što olakšava održavanje. Nedostatak je u neravnomernosti brzine vetra duž VG. Neravnomerna vazdušna strujanja duž VG mogu stvarati turbulencije, izazivati vibracije na VG i dodatno opteretiti ležišta. Uz to, ovi vetrogeneratori imaju manji stepen korisnog dejstva.

Konstrukcija savremenih VG HO

Elisa sa promenljivim uglom krakova u odnosu na vetar postavljena je na horizontalnu osovinu tako da kinetičku energiju vetra pretvara u mehaničku rotaciju preko horizontalne osovine. Sklop zupčanika povećava brzinu rotacije elise i prenosi snagu na električni generator. Odnos zupčastog prenosa može biti promenljiv kako bi se brzina rotora prilagodila većoj brzini elektro-generatora. Kod savremenijih VG regulacija brzine izvodi se primenom frekventnih pretvarača. U sastav VG ulaze i elektrokontrolna oprema, vetrokaz, sklop sa motorom za dovođenje gondole VG u pravac vetra, gondola VG i noseća konstrukcija - stub i temelji. Na elektro-deo otpada oko 34% ukupnih troškova.

Trendovi razvoja VG

Kineticka energija koju VG preuzima od vetra zavisi od visine na koju se VG postavlja, površine koju rotor zahvata svojim rotacionim kretanjem i brzine vetra. Brzina vetra najvažniji je činilac koji utiče na porast snage VG i raste sa visinom postavljanja VG.

Primena zavisi i od izbora lokacija - gde su vetrovi jači i gde duvaju ravnomernije, VG se postavljaju na što više stubove, sa elisama što većih prečnika. Za sada, najveći VG ima instalisanu snagu od 7,58 MW; postavljen je na stubu visine 198 m, a prečnik elise iznosi 126 m.

Danas, više proizvođača radi na VG-ima snage 10 MW. U razvojnoj fazi su i “plivajući offshore VG”. Za razliku od postojećih “offshore“ priobalnih VG, gde se temelji VG izvode na morskom dnu dubine do 30 m, “plivajući offshore“ se grade na platformama. Postavljaju se dalje od morske obale, na dubinama do 120 m. Dalje od obale, meteorološki uslov su povoljniji u pogledu bolje ravnomernosti i jačine vetra.” Plutajući” VG su vezani za morsko dno kablovima ili krutim metalnim cevima.

Uticaj na životnu sredinu

Obradiva zemljišta na kojima su podignute farme VG i dalje se koriste za poljoprivredu; stada se izvode na ispašu i ne pokazuju uznemirenost zbog prisustva VG. Obradive površine su smanjene za samo 1% zbog izgradnje pristupnih puteva i temelja za VG. U SAD, farmeri na čijim farmama su podignuti VG dobijaju godišnju nadoknadu od 3.000-4.000 dolara po jednom VG.

Ptice i slepi miševi stradaju daleko manje zbog prisustva VG a mnogo više zbog saobraćaja i termoelektrana. Zanemarljive su i klimatske promene na prostorima gde su farme VG; čak ni 10% pokrivenosti Zemljine površine farmama VG ne bi prouzrokovalo nikakve klimatske promene.

Buka koju stvaraju farme VG kreće se u granicama od 50-60 db (nivo buke koja stvara bol iznosi 140 db). Problem buke u naseljenim mestima reguliše se propisima o minimalnom rastojanju farme VG od stambenih naselja.

Prednosti izgradnje VG je jasna: čista i besplatna električna energija, za 1 MWh tako proizvedene električne energije u atmosferu se ispušta manje 0,33-0,60 t CO2. Šteta od početne emisije štetnih gasova koji se stvaraju pri proizvodnji materijala za VG (cement, gvozđe, plastika i ostali materijali) neznatna je spram proizvedene električne energije u roku od 9 meseci rada VG.

Trajanost jednog VG procenjuje se na 20-30 godina.

Jozef Baruhović, inž.