Jak działają wiatraki?

Wiatraki to monumentalne i futurystyczne konstrukcje, które stoją sobie gdzieś na polach, kręcąc się niespiesznie. A czy zastanawialiście się, jak działają wiatraki? I skąd się w ogóle bierze energia wiatrowa?

Jak działają wiatraki? Zanim do tego przejdziemy, najpierw wyjaśnijmy sobie jedną rzecz – otóż wiatraki, o jakich mówimy, czyli te smukłe, białe konstrukcje, to tak naprawdę turbiny wiatrowe. Owszem, mówimy na nie wiatraki, ale tylko po to, by ułatwić sobie komunikację. Wiatraki znane są już od ponad 1000 lat (pierwsze pochodzą z Persji) i przez większość swojej kariery służyły mieleniu zboża. Najczęściej były drewniane, rzadziej murowane. Ich skrzydła, poruszane siłą wiatru, przekształcały energię wiatru na kinetyczną w ruchu obrotowym i dzięki temu napędzały mechanizm mielący. I tak oto voila, zboże było zmielone. Nas jednak bardziej interesują wiatraki XXI wieku, czyli turbiny wiatrowe.

Mercedes SLR

Mercedes SLR McLaren / Źródło: Mercedes

Turbiny wiatrowe inspirują

Turbina wiatrowa to bardzo inspirujący koncept. Na przykład wzór aluminiowych felg w Mercedesie SLR McLaren inspirowany był turbinami. Ale zaraz, zaraz! To blog o ekologicznych rozwiązaniach, a my tu wyjeżdżamy z kilkusetkonną maszyną spalającą jak opętana paliwa kopalne – ależ faux pas! A zatem jeszcze raz: turbina wiatrowa to bardzo inspirujący temat, bo na przykład wzór aluminiowych felg w Tesli Modelu X inspirowany był turbinami. Lepiej? Poza tym turbiny napędzane są przez wiatr, a ten powstaje dzięki różnicy temperatur mas powietrza, która z kolei wynika z tego, że powierzchnia Ziemi nagrzewa się nierównomiernie (między innymi dlatego, że nasza planeta się kręci). A zatem wiatraki będą się kręcić tak długo, jak długo będzie wiatr, a ten z kolei nie przestanie wiać dopóty, dopóki Ziemia się kręci, a Słońce świeci. To dłużej, niż węgiel będzie czekał w kopalniach.

Współczesne wiatraki aka turbiny wiatrowe montowane są na lądzie lub wodzie. Najczęściej mają trzy łopaty o poziomej osi obrotu (możliwe są też „łopaty” pionowe) oraz wirnik (jego średnica często przekracza 100 m) ustawiony frontem do wiejącego wiatru przymocowany do gondoli. Ta z kolei jest zwieńczeniem wieży o wysokości od 80 do 120 m. Nowoczesne turbiny są napakowane nowoczesnymi technologiami, wykorzystywanymi w lotnictwie – czyli wygląda na to, że turbiny mają coś wspólnego z Dreamlinerem. Co by nie mówić, to spora maszyna (znaczy wiatrak, choć Boeinga też trudno nie zauważyć).

wiatraki turbiny wiatrowe jak działają

Turbiny wiatrowe / Źródło: Unsplash

Jak działają wiatraki?

Upraszczając sprawę – pochodzenie energii z turbiny opiera się na zasadzie działania prądnicy. Otóż kiedy wiatr napotyka opór w postaci łopaty rotoru, energia kinetyczna wiatru zamieniana jest na pracę mechaniczną w postaci ruchu obrotowego wirnika, która z kolei przenoszona jest za pomocą wału i przekładni do generatora, a ten przekształca ją w energię elektryczną do naszych samochodów przyszłości.

Na pierwszy rzut oka turbina wiatrowa to prosta konstrukcja, ale niech was nie zmyli jej wygląd, bo to de facto bardzo inteligentna maszyna. Na przykład monitorowana jest non stop pod kątem parametrów pracy (np. kąt natarcia łopat względem wiatru), co zapewnia jej bezpieczeństwo i poprawia efektywność pracy. Gdy wieje bardzo mocno (rekordowe podmuchy zanotowano w Australii w 1996 roku – wiało z prędkością 408 km/h!), wówczas turbina jest w stanie samodzielnie zablokować mechanizmy napędu i w taki sposób dostosować kąt łopat, by zapobiec uszkodzeniu mechanizmu.

wiatraki turbiny wiatrowe jak działają

Turbiny wiatrowe / Źródło: Unsplash

Obecnie w Polsce mamy 199 farm wiatrowych, których turbiny mają łączną moc 4 582 MW. To dużo czy mało? W skali świata to mniej niż z paliw kopalnych i elektrowni wodnych. A jak to wygląda w Polsce? W ogólnym rozrachunku tylko 4,3% energii elektrycznej pochodzi z turbin wiatrowych, ale „wietrzna” energia sama w sobie stanowi prawie 39% elektrycznej energii odnawialnej. Taka ciekawostka – wiatraki w Danii kręcą się tak szybko i jest ich tak dużo, że aż 42% duńskiego prądu wytwarzają ujarzmione podmuchy wiatru.

energia_elektryczna_OZE_Polska_2014

Energia elektryczna z OZE w Polsce / Źródło: GUS

A tak w ogóle to gdyby na ilość wytwarzanej energii przez wiatraki miały wpływ zawirowania polityczne, wówczas moglibyśmy zrezygnować z węgla i przestawić się wyłącznie na energię wiatrową…

Jak działają wiatraki i jak są zbudowane?

Mówi się, że jedno zdjęcie to tysiąc słów. Skoro tak, to proponujemy rzucić okiem na obrazek poniżej, który powinien, nomen omen, rozwiać wszelkie wątpliwości dotyczące technicznej strony wiatraków, to znaczy turbin wiatrowych.

1. Fundament
2. Wyjście do sieci elektroenergetycznej
3. Wieża
4. Drabinka wejściowa
5. Serwomechanizm kierunkowania elektrowni
6. Gondola
7. Generator
8. Anemometr
9. Hamulec postojowy
10. Skrzynia przekładniowa
11. Łopata wirnika
12. Siłownik mechanizmu przestawiania łopat
13. Piasta

jak działają wiatraki turbiny wiatrowe

Turbina wiatrowa – budowa / Źródło: Energy Invest Group

Skoro już jesteśmy przy zagadnieniu, jak coś działa, to zrozumieliśmy również, jak to się dzieje, że auto wodorowe jeździ. To jest dopiero czarna magia!:)

 

Źródła: Energy Invest Group, The Wind Power, URE, Wikipedia, GUS, The Guardian,

(Visited 1 253 times, 16 visits today)