ŚWIĘTOKRZYSKI PORTAL EWE

REGIONALNA BAZA WIEDZY

Home » Wiatr » Charakterystyka energii wiatru

 

 

Charakterystyka energii wiatru

Wiatr jest to poziomy ruch mas powietrza w dolnej troposferze z wyżu do niżu. Prędkość wiatru zależy od różnicy ciśnień – im wyższa różnica ciśnień tym większa prędkość wiatru. Wiatr określany jest przez dwa parametry: kierunek oznaczający skąd wieje wiatr, określany m.in. za pomocą tzw. róży wiatrów, oraz prędkość – wyrażaną najczęściej w m/s, km/godz., węzłach (mila morska/godz.) oraz w umownej skali Beuforta.

Energia kinetyczna wiatru jest zaliczana do odnawialnych źródeł energii, czyli takich których wykorzystanie nie wiąże się z ich długotrwałym deficytem ponieważ ich zasoby odnawiają się w krótkim czasie. Wiatr jest skutkiem promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi. 71% powierzchni naszej planety zajmują morza i oceany. Nagrzewają się i stygną one o wiele wolniej niż lądy, skutkuje to tworzeniem się obszarów o dużych różnicach temperatur. Wywołuje to prądy konwekcyjne w atmosferze, różnice ciśnień i ostatecznie cyrkulację powietrza.

Energia wiatrowa była wykorzystywana przez człowieka już w starożytności. Najpierw, jako siła napędowa łodzi żaglowych. Następnie wiatr był wykorzystywany przez wiatraki służące do pompowania wody i melioracji pól. Obecnie energię wiatrową wykorzystuje się powszechnie do wytwarzania prądu elektrycznego. Szacuje się, iż w 2013 roku energia wiatru dostarczyła ludzkości 628 TWh, czyli 2,7% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną.

Poniżej zostały wyprowadzone wzory obrazujące wartości energii i mocy wiejącego wiatru. Energia kinetyczna wiatru przelatującego przez powierzchnię A w czasie t określona jest wzorem:

 

gdzie:
A -powierzchnia

v – prędkość wiatru [m/s]

ρ – gęstość powietrza [kg/m3]

m – masa [kg]

t – czas [s]

 

Wielkością, która obrazuje o wiele lepiej potencjał energetyczny wiatru jest powierzchniowa gęstość mocy (energia odniesiona do jednostki czasu i powierzchni) wyrażana w watach.

 

Jest to jednak tylko wzór poglądowy, dający ogólne rozeznanie o jakiej mocy należy zainstalować turbinę dla danej prędkości wiatru. W praktyce obliczenia są bardziej skomplikowane. Należy wziąć pod uwagę między innymi sprawność instalowanych turbin, dokładne pomiary wietrzności na danym terenie czy ukształtowanie terenu. Mimo to powyższy wzór ukazuje bardzo ważną zależność – moc jaką można uzyskać z wiatru wiejącego z prędkością v jest wprost proporcjonalna do trzeciej potęgi prędkości wiatru. Dlatego też niezmiernie istotna jest lokalizacja turbin w miejscach o dużej wietrzności. Około 1÷2% energii promieniowania słonecznego, docierającego do powierzchni Ziemi, jest zmieniane na energię kinetyczną wiatru – odpowiada to ok. 2700 TW.

Wykorzystanie energii wiatru w całym zakresie prędkości, tj. od zera do wielkości maksymalnej nie jest możliwe. W energetyce jest to limitowane ekonomiką, konstrukcją elektrowni wiatrowych i ich sprawnością. Duże elektrownie wiatrowe najczęściej wykorzystują energię wiatru w zakresie prędkości mieszczących się w przedziale 4÷25 lub 30 m/s. Małe przydomowe elektrownie wiatrowe z nowoczesnymi generatorami, zaczynają produkować energie już od prędkości wiatru 2,5 m/s.

1W tym serwisie wykorzystywane są pliki cookies. Stosujemy je w celach zapamiętywania ustawień i zbierania anonimowych danych dla celów statystycznych. Użytkownik ma możliwość samodzielnej zmiany ustawień dotyczących cookies w swojej przeglądarce internetowej.