Жел энергиясы, жел энергиясы деп те аталады, желді пайдаланып, оны электр энергиясына айналдыратын құрал. Турбиналардың орташа жел тиімділігі 35-45% арасында.
Жел энергиясын өндіру
Жел жергілікті немесе аймақтық және жаһандық масштабтағы жер температурасының айырмашылығына байланысты жер атмосферасында пайда болады. Жылыған кезде ол көтеріліп, ауа қысымы төмен жерден шығады; ауа қысымы жоғары салқын аймақтардағы ауа ауа қысымын теңестіру үшін жылжиды.
Жел диірмендері мен турбиналары ауаны немесе желді бір жерден екінші жерге жылжытып, оны электр энергиясына айналдыратын кинетикалық энергияны немесе «қозғалыс энергиясын» пайдаланады. Жел турбиналары желді жерлерде орнатылады, сондықтан жел турбиналардың қалақтарын жылжыта алады. Бұл пышақтар қозғалтқышты айналдырады, ал берілістер электр энергиясын өндіруге жеткілікті айналуды арттырады. Турбиналардың әртүрлі конструкциялары әртүрлі жағдайларға жарамды.
Жел тиімділігі және жел сыйымдылығы факторы
Жел тиімділігі жел сыйымдылығы факторымен бірдей емес, бұл адамдар энергия тиімділігі туралы ойлағанда талқыланады. Wind Watch екі құбылыстың айырмашылығын түсіндіреді.
Желдің тиімділігі және оның шегі
Желдің тиімділігі – механикалық энергия мен электр энергиясына айналатын желдегі кинетикалық энергияның мөлшері. Бетц Лимит сипаттаған физика заңдары максималды теориялық шекті 59,6% құрайды. Жел қалақтардың жанынан өту үшін қалған энергияны қажет етеді. Бұл шын мәнінде жақсы. Егер турбина 100% энергияны қамап қалса, жел соғуын тоқтатады және турбинаның қалақтары электр энергиясын өндіру үшін бұрыла алмайды.
Дегенмен, қазіргі уақытта барлық кинетикалық энергияның 59,6% желден электр энергиясына түрлендіру кез келген машина үшін мүмкін емес. Генераторлардың жасалу және құрастыру тәсіліне байланысты шектеулер бар, бұл ақырында қуатқа айналатын энергия мөлшерін одан әрі азайтады. Орташа көрсеткіш қазіргі уақытта жоғарыда атап өткендей 35-45% құрайды. Ең жоғары өнімділік Wind Watch мәліметтері бойынша 50% жетуі мүмкін. Австралия үкіметінің құжаты (NSW) сонымен қатар 50% желдің максималды тиімділігін алуға болатынымен келіседі (3-бет).
Энергия тиімділігі жел сыйымдылығы факторы сияқты өзгермейді, ол үлкен дәрежеде орналасқан жер мен ауа райы жағдайына байланысты.
Жел сыйымдылығының факторы
Жел сыйымдылығы коэффициенті - бұл генератор өндіретін энергия мөлшері, егер ол әрқашан ең жоғары қуаттылықта жұмыс істесе, өндіретін энергияға қарсы, деп хабарлайды Green Tech Media. Жел сыйымдылығы коэффициенті әр жерден және жылдың әр мезгілінде, тіпті бірдей турбиналармен де өзгереді, өйткені ол желдің жылдамдығына, оның тығыздығына және генератордың өлшеміне байланысты сыпырылған аумаққа байланысты, бұл Open EI көрсетеді.. Жел сыйымдылығы коэффициентін жылдың бүкіл немесе көп бөлігінде желдің тамаша жағдайлары басым болатын жерлерді таңдау арқылы оңтайландыруға болады. Сондықтан электр қуатын барынша арттыру үшін жел сыйымдылығы коэффициентін және оған әсер ететін жағдайларды ескеру маңызды.
- Жел жылдамдығысағ. 30 мильден төмен Wind Watch мәліметтері бойынша аз энергия өндіреді. Жылдамдықтың шамалы ұлғаюы да Open EI сәйкес өндірілетін қуаттың айтарлықтай өсуіне айналуы мүмкін. Өндірілетін электр энергиясы жел жылдамдығының текшесі болып табылады. Жел EIS түсіндіреді.
- Ауаның тығыздығы тауларға қарағанда салқын аймақтарда және теңіз деңгейінде көбірек. Сонымен, желдің жоғары тығыздығы бар тамаша орындар Open EI бойынша суық температурасы бар теңіздер болып табылады. Бұл теңізде жел өндірудің ауқымды кеңеюінің бір себебі.
- Үлкенірек және биік турбиналар жерден жоғарырақ соққан желді және қалақтарының кеңеюін пайдалана алады. Сондықтан бұл жерде экономикалық ойлар маңызды болады.
Сыйымдылық коэффициенті жетілдірілген технологиямен үнемі ұлғайып отырады. Green Tech Media мәліметтері бойынша, 2014 жылы салынған жел турбиналары 2004-2011 жылдар аралығында салынған турбиналар үшін 31,2% салыстырғанда 41,2% қуаттылық коэффициентіне жетті. Дегенмен, желдің сыйымдылық факторына тек технология ғана емес, сонымен қатар желдің өзі де әсер етеді. Осылайша, 2015 жылы турбиналардың қуаттылық коэффициенті «жел құрғақшылығына» байланысты өткен жылдардағы орташадан төмен болды. Green Tech Media түсіндіреді.
Басқа қуат көздерімен салыстыру
Желдің энергия тиімділігі көмірдің энергия тиімділігінен жақсы. Көмірдегі энергияның 29-37%-ы ғана электр энергиясына айналады және газдың тиімділігі желмен бірдей дерлік, газдағы энергияның 32-50%-ы электр энергиясына айналады.
Алайда қуаттылық факторлары бойынша АҚШ-тың энергетикалық ақпарат басқармасының (EIA) мәліметтері бойынша қазба отындары 2016 жылы АҚШ-та желге қарағанда жақсы нәтиже көрсетті.
-
Зауыттарға қарсы жаңартылатын энергия АҚШ-тағы көмір зауыттары қуаттылығының 52,7% жұмыс істеді.
- Газ қондырғыларының қуаттылық коэффициенті АҚШ-та 56% құрады.
- Атом энергиясы қазбалы емес отындарға арналған ҚОӘБ мәліметтеріне сәйкес қуаттылық коэффициенті 92,5% болды.
- Гидроэнергетиканың қуаттылық коэффициенті 38% құрады.
- Жел қуатының қуат коэффициенті 34,7% құрады.
Энергияның әртүрлі көздерінен шығатын қуатты салыстыру кезінде тек қуат коэффициентін ғана емес, олардың энергия тиімділігін де ескерген жөн. Бұл желден электр қуатын өндіруді ұлғайтуды қазба отындарымен салыстырғанда бәсекеге қабілетті және мүмкін болатындай етеді, олар ластану проблемаларына байланысты.
Үзіліс жел энергиясының шығысына әсер етеді
Жел энергиясы үзілістерден зардап шегеді, өйткені жел әрқашан қол жетімді емес және әртүрлі жылдамдықта соғуы мүмкін, яғни қуат біркелкі емес деңгейде өндіріледі. Энергия үзілістері - адамдар басқара алмайтын көптеген факторларға байланысты энергия үздіксіз қол жетімді болмайтын құбылыс. Сондықтан жеткізуде әртүрлілік бар.
Үзілістердің шешімдері
Жел турбиналарынан қуат өндіру сағаттан сағатқа, тіпті секундтан секундқа өзгеретіндіктен, қуат жеткізушілері қуатпен қамтамасыз етудің тұрақты деңгейін қамтамасыз ету және ұстап тұру үшін көбірек энергия қорына ие болуы керек деп түсіндіреді американдық ғалым. Үзіліс тек жетіспеушіліктерді ғана емес, сонымен қатар шамадан тыс кезеңдерді де білдіреді; бұл да ықтимал шешімді қамтамасыз етеді. Америкалық ғалым жел энергиясының көздерінің саны артқан сайын ауа-райы мен жел жағдайындағы жергілікті айырмашылық жетіспеушілік пен артықшылықты теңестіре алатынын түсіндіреді.
Жақсартылған ауа-райы болжамдары мен модельдеу жел қуатындағы қысқа мерзімді өзгерістерге де әсер етуді жеңілдетеді. Жел энергиясын өндірудегі тәуліктік немесе маусымдық айырмашылықтарды теңестіру үшін де көздердің араласуы қажет.
Үзілістерге қарамастан, АҚШ-та кең тараған жаңа жел электр станциялары, әсіресе Clean Technica мәліметтері бойынша, Техастағы төтенше ауа райы кезінде электрмен жабдықтауды тұрақтандыруға көмектесті.
Құны
2017 жылы The Independent желден энергия өндіру қазба отындарына қарағанда арзанырақ екенін жариялады. 2017 жылы бір мегаватт-сағат (МВт/сағ) өндіру үшін 50 доллар тұрды. Технологияның жетілдірілуімен шығындар одан әрі төмендей береді, бұл оны кәдімгі ластаушы энергия көздеріне қарағанда тартымды етеді. АҚШ ҚОӘБ мәліметтері бойынша 2016 жылы электр қуатының 6%-ын қамтамасыз еткен жел энергиясының үлесін ұлғайту үшін үкіметтік ынталандырулар беру арқылы бұл қозғалысты ынталандыруға үміттенеді.
Wind EIS шығындардың 80% турбиналарды орнатуға жұмсалатын күрделі шығындар, ал 20% жұмыс істейтінін атап өтеді. Дегенмен, жанармай шығыны жоқ болғандықтан және оның бүкіл өмірлік циклінде өндірілетін қуатты ескере отырып, жел энергиясы бәсекеге қабілетті.
Көміртегісіз энергия
Жел энергиясы қазбалы отын энергиясына тиімді баламалардың бірі болып табылады. Болжам бойынша, 2050 жылға қарай қазіргі уақытта дүние жүзіндегі энергияның 99 пайызын пайдаланатын 139 ел 100 пайыз жаңартылатын энергияны пайдалана алады. Дүниежүзілік форумның 2017 жылғы есебіне сәйкес жел мен күн бірге осы энергияның 97% қамтамасыз ете алады. Бұл жаһандық жылынудың 1,5 градустан төмен көтерілуін болдырмауға көмектеседі. Тау баурайындағы немесе жағалау сызығының бойындағы жел станциясы болсын, жел турбинасы технологиясы жаңартылмайтын дәстүрлі көздерге қарағанда пайдалануға болатын электр энергиясын өндірудің әлдеқайда тиімді әдісін ұсынады.
