HVORDAN FUNGERER VINDMøLLER?

Send

Måske har du set dem, mens du kørte gennem landskabet. Eller måske så du dem lige ved kysten, truende store i horisonten med deres spindelvinger. Derefter igen, har du måske set dem på nogens tag, eller som en del af en lille byoperation. Uanset placeringen bliver vindmøller og vindkraft et stadig mere almindeligt træk i den moderne verden.

Meget af dette har at gøre med truslen om klimaændringer, luftforurening og ønsket om at fravænde menneskeheden af dens afhængighed af fossile brændstoffer. Og når det kommer til alternativ og vedvarende energi, forventes vindkraft at besætte den næststørste andel af markedet i fremtiden (efter solenergi). Men hvordan fungerer nøjagtigt vindmøller?

Beskrivelse:

Luftturbiner er enheder, der forvandler vindens kinetiske energi og ændringer i luftstrøm til elektrisk energi. Generelt består de af følgende komponenter: en rotor, en generator og en strukturel understøtningskomponent (som kan have form af enten et tårn, en rotorbespandemekanisme eller begge dele).

En rotor består af knive, der fanger vindens energi og en skaft, der konverterer vindenergien til lav hastighed rotationsenergi. Generatoren - som er forbundet til akslen - konverterer den langsomme rotation til høj til elektrisk energi ved hjælp af en række magneter og en leder (som normalt består af spiralformet kobbertråd).

Når magneterne drejer rundt med kobbertråden, producerer det en forskel i elektrisk potentiale, hvilket skaber spænding og en elektrisk strøm. Endelig er der den strukturelle understøtningskomponent, der sikrer, at turbinen enten står i en høj nok højde til optimalt at fange ændringer i vindtryk og / eller vende i retning af vindstrømmen.

Typer af vindmøller:

På nuværende tidspunkt er der to hovedtyper af vindmøller - Horisontale akse Vindmøller (HAWT) og Vertikale akse Vindmøller (VAWT). Som navnet antyder, har horisontale vindmøller en hovedrotoraksel og en elektrisk generator i toppen af et tårn, med knivene peget i vinden. Turbinen er normalt placeret modvind fra dets støttårn, da tårnet sandsynligvis producerer turbulens bag sig.

Lodrette møller med lodret akse (igen, som navnet antyder) har hovedrotorakslen anbragt lodret. Disse har typisk mindre karakter og behøver ikke at peges i vindretningen for at rotere. De er derved i stand til at drage fordel af vind, der er variabel med hensyn til retning.

Generelt betragtes vindmøller med vandret akse som mere effektive og kan producere mere strøm. Mens den lodrette model genererer mindre elektricitet, kan den placeres i lavere højder og har mindre behov for komponenter (især en gabemekanisme). Vindmøller kan også opdeles i tre generelle grupper baseret på deres design, som inkluderer Towered, Savonius og Darrieus modeller.

Den tårnhårede model er den mest konventionelle form for HAWT, der består af et tårn (som navnet antyder) og en række lange knive, der sidder foran (og parallelt med) tårnet. Savonis er en VAWT-model, der er afhængig af konturerede klinger (scoops) for at fange vind og spin. De er generelt laveffektiv, men har fordelen ved at være selvstartende. Disse slags turbiner er ofte en del af vindvinden på taget eller monteret på havskibe.

Darrieus-modellen, også kendt som en "Eggbeater" -turbin, er opkaldt efter den franske opfinder, der var banebrydende for designet - Georges Darrieus. Denne VAWT-model anvender en række lodrette klinger, der sidder parallelt med den lodrette understøtning. De har generelt lav effektivitet, kræver en ekstra rotor for at begynde at dreje, producere højt drejningsmoment og lægge høj belastning på tårnet. Derfor betragtes de som upålidelige efterhånden som design går.

Udviklingshistorie:

Vindkraft er blevet brugt i tusinder af år til at skubbe sejl, strømme vindmøller eller til at generere tryk til vandpumper. De tidligste kendte eksempler kommer fra Centralasien, hvor vindmøller, der blev brugt i det gamle Persien (Iran), er dateret til mellem 500 - 900 e.Kr. Teknologien begyndte at vises i Europa i middelalderen og blev et fælles træk ved 1500-tallet.

I det 19. århundrede, med udviklingen af elektrisk kraft, blev de første vindmøller, der var i stand til at generere elektricitet, bygget. Den første blev installeret i 1887 af den skotske akademiker James Blyth for at tænde sit sommerhus i Marykirk, Skotland. I 1888 byggede den amerikanske opfinder Charles F. Brush den første automatiserede vindmølle til at drive sit hjem i Cleveland, Ohio.

I begyndelsen af det 20. århundrede begyndte vindmøller at blive et almindeligt middel til at drive hjem i fjerntliggende områder (f.eks. Gårdstue). I 1941 blev den første vindmølle i megawatt-klasse installeret i Vermont og fastgjort til det lokale netværk. I 1951 installerede Det Forenede Kongerige sin første brugsnet-tilsluttede vindmølle på Orknøerne.

I 1970'erne avancerede forskning og udvikling inden for vindmølleteknologi betydeligt takket være OPEC-krisen og protester mod atomkraft. I de efterfølgende årtier begyndte foreninger og lobbyister dedikeret til alternativ energi at dukke op i vesteuropæiske nationer og De Forenede Stater. I det sidste årti af det 20. århundrede opstod en lignende indsats i Indien og Kina på grund af voksende luftforurening og stigende efterspørgsel efter ren energi.

Vindkraft:

Sammenlignet med andre former for vedvarende energi betragtes vindkraft som meget pålidelig og stabil, da vinden er konsistent fra år til år og ikke aftager i spidsbelastningstiden. Oprindeligt var opførelsen af vindmølleparker en kostbar satsning. Men takket være de nylige forbedringer er vindkraften begyndt at sætte toppriser på engrosenergimarkeder over hele verden og skære ind i indtægterne og overskuddet i den fossile brændselsindustri.

I henhold til en rapport fra Energiministeriet i marts 2015 kunne væksten i vindkraft i De Forenede Stater føre til endnu mere dygtige job i mange kategorier. Med titlen ”Wind Vision: A New Era for Wind Power in the United States” viser dokumentet, at industrien inden 2050 kunne tegne sig for så meget som 35% af USAs elektriske produktion.

Derudover mødtes Global Wind Energy Council og Greenpeace International i 2014 for at offentliggøre en rapport med titlen “Global Wind Energy Outlook 2014”. Denne rapport oplyste, at vindkraft på verdensplan kunne levere så meget som 25 til 30% af den globale elektricitet i 2050. På tidspunktet for rapportskrivelsen havde kommercielle installationer i mere end 90 lande en samlet kapacitet på 318 gigawatt (GW), hvilket leverede ca. 3,1% af den globale forsyning.

Dette repræsenterer en næsten seksten gange stigning i antagelsesgraden siden år 2000, hvor vindkraft udgjorde mindre end 0,2%. En anden måde at se på det ville være at sige, at vindkraftens markedsandel er fordoblet fire gange på mindre end 15 år. Dette placerer den kun for solenergi, der er fordoblet syv gange i samme periode, men stadig sporer vind med hensyn til dens samlede markedsandel (ca. 1% i 2014).

Med hensyn til dets ulemper er et konsekvent rejst spørgsmål den virkning, vindmøller har på det lokale dyreliv, og den forstyrrelse, deres tilstedeværelse har på det lokale landskab. Imidlertid har disse bekymringer ofte vist sig at være oppustet af særlige interessegrupper og lobbyister, der forsøger at miskreditere vindkraft og andre vedvarende energikilder.

For eksempel konstaterede en undersøgelse fra 2009, der blev frigivet af National Renewable Energy Laboratory, at mindre end 1 acre pr. Megawatt forstyrres permanent af opførelsen af store vindmølleparker, og mindre end 3,5 acres per megawatt forstyrres midlertidigt. Den samme undersøgelse konkluderede, at virkningerne er relativt lave for fugle- og flagermusdyreliv, og at de samme konklusioner gælder for offshore-platforme.

Overalt i verden ser regeringer og lokalsamfund efter vindenergi for at imødekomme deres energibehov. I en tid med stigende brændstofpriser, stigende bekymring over klimaændringer og forbedring af teknologi er det næppe overraskende. I dets nuværende vedtagelsestakt er det sandsynligvis en af de største energikilder i midten af århundrede.

Og husk at nyde denne video om vindmøller, takket være NASAs Lewis Research Center:

Vi har skrevet mange interessante artikler om vindmøller og vindkraft her på Space Magazine. Her er hvad er alternativ energi ?, Hvad er fossile brændstoffer ?, Hvad er de forskellige typer vedvarende energi ?, Vindkraft på havet (med hjælp fra rummet), og kunne verden køre med sol- og vindkraft?

For mere information, se How Stuff Works's artikel om vindkraftens historie og mekanik og NASAs Greenspace-side.

Astronomy Cast har også nogle episoder, der er relevante for emnet. Her er afsnit 51: Jorden og afsnit 308: Klimaændring.

Kilder: