PLAN:
1. Pojęcie wiatru.
2. Wiatromierz.
3. Wiatrak
4. Silnik wietrzny.
5. Wiatrowy zakład energetyczny.
6. Energia wiatru.
7. Prędkość wiatru w minionych dniach.
Wiatr jest to jeden z czynników meteorologicznych. Wiatrem nazywamy przemieszczanie mas powietrza nad lądem lub morzem.
Wiatromierz inaczej nazywany anemometrem jest to przyrząd służący do pomiaru prędkości i niekiedy kierunku wiatru. Najprostszy wiatromierz zbudował Wilde w którym prędkość wiatru wskazuje odchylenie płytki na tle podziałki.
Współczesne wiatromierze jachtowe są urządzeniami elektronicznymi wyposażonymi w wskaźnik prędkości, kierunku w stosunku do osi jachtu, a czasami również w wskaźnik zmiany kierunku wiatru. Wadą takich wiatromierzy jest jedynie ich cena, taki wiatromierz jaki widzimy kosztuje 1280 zł.
Wiatrak jest to najczęściej drewniana, (rzadziej murowana) budowla ze skrzydłami (najczęściej z czterema) napędzanymi siłą wiatru i poruszającymi prymitywne urządzenia do przemiału ziarna gł. na mąkę- tzw. Wiatrak młyński. Wiatraki pojawiły się na przełomie XIII i XIV wieku w Polsce trochę później dość licznie były rozpowszechnione w XIX wieku. Głównym typem budowlanym był tzw. „na koźle” to znaczy obracany w całości przy na stawieniu na kierunek wiatru wyżej wymieniony typu holenderskiego, przeważnie mających murowany korpus (tzw. holendry) obracana była tylko głowica ze skrzydłami i wałem napędowym w Holandii urywano także wiatraku do pompowania wody. W Polsce nielicznie zachowane wiatraki są objęte ochroną konserwatorską jako budowle zabytkowe cenniejsze egzemplarze są przeznaczone do parków etnograficznych w Polsce znajdują się wiatraki np.: w parku etnograficznym w Olsztynku i choćby Dobrocinie.
Silnik wietrzny jest to silnik przetwarzający energię wiatru w pracę mechaniczną. Zależnie od konstrukcji gł. części silnika- wirnika- rozróżnia się silniki wietrzne śmigłowe (najczęściej stosowane), karuzelowe i bębnowe. W silnikach wietrznych śmigłowych łopatki śmigła są prostopadłe do poziomego wału silnika, a płaszczyzny łopatek są obrócone o pewien kąt wzglądem płaszczyzny wirowania wirnika (prostopadłej do kierunku wiatru); wał jest ułożyskowany w głowicy silnika; obroty wału poziomego są przenoszone zwykle na wał pionowy (za pomocą przekładni zębatej); niekiedy wał poziomy sprzęga się w obrębie głowicy z wałem prądnicy elektrycznej, napędzanej silnikiem wietrznym ; głowice silnika wietrznego umieszcza się na szczycie konstrukcji wieżowej, której wysokość powinna zapewniać dostatecznie silne oddziaływanie głowicy umożliwia jej ustawienie zgodne z kierunkiem wiatru, uzyskiwane przeważnie w wyniku parcia wiatru na ster kierunkowy silnika; prędkość obrotową wirnika śmigłowego reguluje się przez zmienianie kąta między osią głowicy, a kierunkiem wiatru lub przez obracanie śmigieł dookoła ich osi. Wirnik silnika wiatrowego, karuzelowego ma wał pionowy, którego oś jest równoległa do łopatek podczas pracy takiego silnika łopatki leżące z jednej strony wału zakrywa się osłoną przeciwwiatrową, wadą silników wiatrowych jest duży ciężar i mała prędkość obrotowa. Wyżej wymienione silniki znajdują zastosowanie w rejonach w których występują długotrwałe, stałe wiatry o dużej sile.
Wiatrowy zakład energetyczny jest to zakład w który energia wiatru jest przetwarzana za pomocą silników wiatrowych w energię napędową maszyn roboczych np.: pomp, prądnic elektrycznych wytwarzających energię elektryczną. W elektrowniach wiatrowych instaluje się baterie akumulatorów odpowiedniej mocy które magazynują energie elektryczną na okresy bez wietrzne często elektrownie wiatrowe współpracują z elektrowniami pompowymi tzw. z zakładami hydroenergetycznymi pompują one wodę w okresach sprzyjającego wiatru lub małego obciążenia, a są zastępowane przez elektrownie pompowe w okresach bezwietrznych. Najstarszym wiatrowym zakładem energetycznym był wiatrak, pierwszy w świecie wiatrowy zakład energetyczny dużej mocy zbudowano w 1937r. w ZSRR na Krymie.
Energia wiatru lub inaczej potencjał energetyczny wiatru jest to energia kinetyczna poruszających się mas powietrza Strumień energii poruszającego się powietrza określa wzór:
E=0,5 * r * v 3 * F
gdzie:
r – gęstość powietrza, kg/m3,
v – prędkość powietrza, m/s,
F – powierzchnia zakreślona skrzydłami wirnika, m2.
Do zamiany (konwersji) energii kinetycznej wiatru na energię mechaniczną lub dalej elektryczną służą urządzenia zwane siłowniami wiatrowymi. Wydajność siłowni wiatrowej (w kWh/rok) określa się wzorem:
EW =Ep * F * h
gdzie:
Ep – potencjał energetyczny wiatru kWh/m2 powierzchni zakreślonej skrzydłami wirnikana rok,
h – sprawność całkowita (wirnik, przekładnia, generator)
Sprawność zamiany energii kinetycznej i dalej potencjalnej wiatru na energięmechaniczną i dalej na elektryczną nie przekracza 40-50% i w dużym stopniu zależy od rozwiązań konstrukcyjnych, prędkości wiatru oraz lokalizacji siłowni wiatrowych.
Na mapie poniżej przedstawione są krajowe zasoby energii wiatru.
Kolor Lokalizacja
Zielony wybitnie korzystna
Żółty korzystna
Pomarańczowy dość korzystna
Czerwony niekorzystna
Brązowy wybitnie niekorzystna
Czarny tereny wyłączone, wysokie partie gór
Z mapy w prosty sposób można odczytać że na jednej trzeciej obszaru polski panują korzystne warunki wietrzne uzasadniona jest więc eksploatacja elektrowni wietrznych. Poniżej przedstawiam schemat działania elektrowni wiatrowej.
W tabeli poniżej przedstawiam potencjał energetyczny w Polsce.
Instalowani elektrowni wiatrowych zaleca się w obszarze 1 i 2. W Polsce w sumie zbudowano 40 elektrowni wiatrowych co daje w produkcji energii na jeden rok 785MWh. Przewidywana produkcja energii elektrycznej z elektrowni wiatrowych wyniesie w 2000 roku 0,4 GWh, w 2005 roku 0,8 GWh i w 2010 roku 1,2 GWh.
Rejony Potencjał energetyczny wiatru( H = 20m, v = 4-16 m/s ) Średnioroczna prędkość wiatruH = 20m
kWh/m2 m/s
Rejon 1wybrzeże, suwalskie, część ciechanowskiego 1250-2 250 5-6
Rejon 2poznańskie, ciechanowskie, część bydgoskiego, łódzkiego, warszawskiego i szczecińskiego 1000-1250 4,5 – 5,0
Rejon 3środkowa część Polski, województwa od szczecińskego do krosnieńskiego 750 – 1000 4,0 – 4,5
Na wykresie poniżej przedstawiam prędkość w wiatru w dniach od 15.XI do 20.XI w Krakowie i w Dublinie (Irlandia). Wartości podane są w m/s.
