|
Tuuleenergia
Teine suur õhuliikumise allikas on Maa pöörlemisest tekkiv Coriolise jõud, mis liigutab põhjapoolkera õhumasse itta ja lõunapoolkera õhumasse läände. Lisaks sellele mängivad tuulte kujunemisel rolli ka maastiku iseärasused: mäed, orud ja veekogud.
Inimesed on tuuleenergiat kasutanud juba tuhandeid aastaid. Tuuleenergia kasutuselevõttu loetakse oluliseks faktoriks industriaalse tsivilisatsiooni tekkimisel; tuuleenergia kasutamise tõusud ja mõõnad on läbi aegade olnud seotud industrialiseerimisprotsessi edenemisega. Ajaloo jooksul on tuult kasutatud näiteks purjetamiseks ja tuuleveskite käitamiseks. Purjetamine sai alguse Vahemereäärsetel aladel u. 6000 aastat tagasi, kangast purjed võeti kasutusele u. 5500 aastat tagasi. Esimesed tuuleveskid võeti kasutusele Hiinas, 200 e.m.a, neid kasutati jahu jahvatamiseks ja vee pumpamiseks. 11. sajandil levisid need laialdaselt Lähis-Idas, kust nad võeti kasutusele ka mujal maailmas, näiteks Euroopas. Hollandlased viimistlesid tuuleveski disaini ning hakkasid seda kasutama valdkonnas, kus seda siiani ohtralt tarvitatakse – maa kuivendamises. Hollandlased kuivendasid tuuleveskite abil soid, järvi ja isegi rannikualasid. Purjekad ja paraglaiderid kasutavad tuult peamise energiaallikana veel tänapäevalgi.
Tuule võimsus on maksmaalne, kui tuule suund on rootori pöörlemistasandiga risti. Kui tuule suund on paralleelne rootori pöörlemistasandiga, ei tooda turbiin üldse võimsust. Muutused tuule suunas võivad tekitada pöörlevas tuuleturbiinis pingeid, kuna see püüab güroskoobiefekti tõttu säilitada oma esialgset pöörlemistasandit. Lisaks sellele on tuulekiirus harva konstantne, see võib varieeruda tuulevaikusest kuni orkaani kiiruseni. Seetõttu on tuuleenergia kasutamisel tingimata vajalik ka tasakaalustussüsteem - näiteks pliiakumulaatorid.
Tuulegeneraatori teoreetilise maksmiaalse võimsuse koefitsenti nimetatakse Saksa füüsiku Albert Betzi järgi (Göttingeni Aerodünaamika Instituut), kes selle aastal 1919. esimesena tuletas, Betzi limiidiks. Betzi limiidi järgi on tuuleturbiini maksimaalne kasutegur u. 59,3 %. See saavutatakse, kui tuulekiirus pärast rootorit on 1/3 tuulekiirusest enne rootorit. Vastavalt on tuulegeneraator kõige efektiivsem siis, kui omastab u. 2/3 tuule kineetilisest energiast.
Tuule kasutamine elektrienergia tootmiseks vooluvõrkudesse on suhteliselt uus rakendusala. Moodsate tuulegeneraatorite ajastu sai alguse 1970ndate naftakriisi ajal. USA valitsus näiteks arendas siis välja mitmemegavatiseid tuuleturbiine elektrivõrkude toitmiseks. Mitte kõik tolleaegsed projektid ei olnud edukad. Näiteks tuli demonteerida General Electricu ehitatud 2 MW torn, probleemide tõttu madalsagedusliku interferentsiga. Tuule- ja teiste alternatiivsete energiaallikate arendamise toetusi USAs vähendati aga märkimisväärselt 1980ndatel Ronald Reagani administratsiooni poolt. Samuti stabiliseerusid sel perioodil naftahinnad. Lisaks esines ikka veel probleeme teatavate tuuleturbiini disainidega.
Uus kasv leidis aga aset 1990ndate lõpus ning on sellest saadik olnud pidev ja kiire. Tuuleenergia populaarsuse kasvu seostatakse järjest kasvava teadlikkusega fossiilkütuste lõplikkusest ning nende kahjulikust mõjust keskkonnale. Alguses juhtisid tuuleenergia rajatiste arvu poolest sellised Euroopa riigid nagu Taani ja Saksamaa, 2008. aastal jäeti Euroopa aga selja taha Hiina ja USA poolt.
Globaalne tuuleenergia tootmismaht saavutas 2008. aastal 121 188 MW, millest 27 261 lisati 2008. aasta jooksul (29%-line kasv võrreldes eelmise aastaga). Kõik maailmas paigaldatud tuuleturbiinid toodavad kokku 260 TWh aastas, rahuldades enam kui 1,5% globaalsest energiatarbimisest. Tuuleenergia sektori poolt on maailmas loodud 440 000 uut töökohta ning selle käive 2008. aastal oli 40 miljardit eurot. Kõige kiiremini kasvab tuuleenergia valdkonnas Hiina, kes kahekordistas oma tuuleturbiinide arvu kolmandat aastat järjest. Hiina on praeguseks paigaldanud enam kui 12 GW jagu tuuleturbiine. Arvatakse, et 2020ndaks aastaks ulatub globaalne tuuleenergia tootmismaht 1 500 000 MW-ni.
Tuuleenergiat loetakse loodussõbralikuks energiaallikaks, kuna selle mõju keskkonnale teiste energiavormidega võrreldes on minimaalne. Tuuleturbiinid toodavad elektrienergiat kasvuhoonegaase eritamata. Sellegipoolest pole õige väita, et tuuleturbiinidel ei ole üldse loodustkahjustavaid mõjusid. Pöörlevad tuuleturbiinid võivad tappa linde ja segada nende migratsioonimustreid. Seda riski on võimalik vähendada kasutades aeglaselt pöörlevaid suure läbimõõduga tiivikuid ning paigutades tuuleturbiinid teadlikult lindude rännuteedest eemale.
Moodsaid tuuleelektrijaamu nimetatakse tuuleparkideks. Need paiknevad soodsate tuuletingimustega (n. rannikuäärsetes) regioonides, kus aasta keskmine tuulekiirus on vähemalt 5 m/s ning koosnevad reeglina suurest hulgast tuuleturbiinidest. Ühe tuuleturbiini jaoks vajalik pind sõltub tiiviku raadiusest R – peab olema piisavalt ruumi, et posti otsas asuvat tiivikut saaks igas suunas vabalt pöörata. Kui arvestame, et tuuleturbiin raadiusega R on horisontaalne ning paikneb praktiliselt tuulegeneraatori posti otsas, siis gondlit 360° pöörates katame me maa-ala suurusega πR^2. Kui lisame siia ka masinagondli, on see pindala πReff^2 ≥ πR^2.
Minimaalne vahemaa kahe samase tuuleturbiini vahel peab tiivikulabade kokkupõrgete vältimiseks olema 2Reff. Kui aga arvestame ka tuulevoo aerodünaamikat, mis määrab turbiinide tõhusa paigutuse, kasvab turbiinide vahemaa tuulepargis suuruseni 5-10 korda rootori läbimõõt 2R rootori tasandi taga. Postidevahelise lisavahemaa ülesanne on minimeerida turbulentsusi turbiinide vahel ja võimaldada tuulevoo taastumist algsesse seisundisse enne kui see kohtab järgmist turbiini. Tuuleturbiinide vaheline vahemaa on tähtis faktor tuulepargi pindala arvutamisel.
Küsige pakkumist või personaalset tutvustust – Kontakt