Vindenergi, även känd som vindkraft, är ett sätt att utnyttja vinden och förvandla den till elektricitet. Den genomsnittliga vindeffektiviteten för turbiner är mellan 35-45%.
Produktion av vindkraft
Vind produceras i jordens atmosfär på grund av skillnader i jordens temperaturer lok alt eller på regional och global skala. När varmt blir upphettat stiger det och lämnar platsen med lågt lufttryck; luft från kallare områden med högre lufttryck rör sig in för att utjämna lufttrycket.
Vindkraftverk och turbiner drar fördel av den kinetiska energin eller "rörelseenergin" som förflyttar luft eller vind från en plats till en annan och omvandlar den till elektricitet. Vindkraftverk byggs upp på blåsiga platser, så vinden kan flytta turbinbladen. Dessa blad roterar en motor och kugghjul ökar rotationerna tillräckligt för att producera elektricitet. Olika design av turbiner är lämpliga för varierande förhållanden.
Vindeffektivitet och vindkapacitetsfaktor
Vindeffektivitet är inte detsamma som vindkapacitetsfaktor, vilket är vad som diskuteras när människor tänker på energieffektivitet. Wind Watch förklarar skillnaden mellan de två fenomenen.
Vindeffektivitet och dess gräns
Vindeffektivitet är mängden kinetisk energi i vinden som omvandlas till mekanisk energi och elektricitet. Fysikens lagar som beskrivs av Betz Limit säger att den maximala teoretiska gränsen är 59,6%. Vinden kräver resten av energin för att blåsa förbi bladen. Detta är faktiskt bra. Om en turbin fångade 100 % av energin skulle vinden sluta blåsa och bladen på en turbin kan inte vända sig för att producera elektricitet.
Det är dock inte möjligt för någon maskin för närvarande att omvandla alla fångade 59,6 % av kinetisk energi från vind till elektricitet. Det finns gränser på grund av hur generatorer tillverkas och konstrueras, vilket ytterligare minskar mängden energi som slutligen omvandlas till kraft. Genomsnittet är för närvarande 35-45 %, som noterats ovan. Maximum vid toppprestanda kan nå 50 % enligt Wind Watch. Ett australiensiskt regeringsdokument (NSW) håller också med om att 50 % är den maximala vindeffektiviteten som kan erhållas (sid. 3).
Energieffektiviteten varierar inte lika mycket som vindkapacitetsfaktorn gör, vilket till stor del beror på läge och väderförhållanden.
Vindkapacitetsfaktor
Vindkapacitetsfaktorn är mängden energi som produceras av en generator jämfört med vad den skulle kunna producera om den fungerade hela tiden vid toppkapacitet, enligt Green Tech Media. Vindkapacitetsfaktorn tenderar att variera från plats till plats och vid olika tider på året, även med samma turbiner, eftersom den beror på vindens hastighet, dess täthet och svepande yta som beror på generatorns storlek påpekar Open EI. Vindkapacitetsfaktorn kan optimeras genom att välja platser där idealiska vindförhållanden råder hela eller större delen av året. Så det är viktigt att ta hänsyn till vindkapacitetsfaktorn och de förhållanden som påverkar den för att maximera effektuttaget.
- Vindhastighetunder 30 miles per timme producerar lite energi enligt Wind Watch. Även små hastighetsökningar kan leda till en betydande ökning av den genererade kraften enligt Open EI. Elektricitet som genereras är kuben av vindhastigheten förklarar Wind EIS.
- Luftdensiteten är mer i kallare regioner och vid havsnivån än i berg. Så de idealiska platserna med hög vindtäthet är hav med kallare temperaturer enligt Open EI. Detta är en anledning till den storskaliga expansionen av vindkraft till havs.
- Större och högre turbiner kan dra fördel av mer vind högre över marken och genom den ökade spännvidden på deras blad. Ekonomiska hänsyn blir därför viktiga här.
Kapacitetsfaktorn höjs hela tiden med förbättrad teknik. Vindkraftverk byggda 2014 nådde en kapacitetsfaktor på 41,2 % jämfört med 31,2 % för turbiner byggda mellan 2004-2011, enligt Green Tech Media. Kapacitetsfaktorn för vind påverkas dock inte bara av tekniken utan också av vindtillgängligheten i sig. Således var kapacitetsfaktorn för turbiner under 2015 under tidigare års genomsnitt på grund av "vindtorka" förklarar Green Tech Media.
Jämförelse med andra kraftkällor
Energieffektiviteten för vind är bättre än energieffektiviteten för kol. Endast 29-37% av energin i kol omvandlas till el och gas har nästan samma verkningsgrad som vind då 32-50% av energin i gas kan omvandlas till el.
Men när det gäller kapacitetsfaktorer presterade fossila bränslen bättre än vind i USA 2016 enligt U. S. Energy Information Administration (EIA).
-
förnybar vs fabriker Kolverk i USA körde på 52,7 % av sin kapacitet.
- Kapacitetsfaktorn för gasanläggningar var 56 % i USA.
- Kärnkraften hade en kapacitetsfaktor på 92,5 %, enligt EIA-siffror för icke-fossila bränslen.
- Vattenkraftens kapacitetsfaktor var 38%.
- Vindkraftens kapacitetsfaktor var 34,7%.
När man jämför uteffekten från olika energikällor är det bättre att inte bara ta hänsyn till kapacitetsfaktorn utan även deras energieffektivitet. Det är detta som gör att öka kraftproduktionen från vind konkurrenskraftig och genomförbar i jämförelse med fossila bränslen som också krånglas av de föroreningsproblem de orsakar.
Intermittens påverkar vindenergiproduktionen
Vindenergi lider av intermittens eftersom vinden inte alltid är tillgänglig och kan blåsa med olika hastigheter, vilket innebär att ström genereras på inkonsekventa nivåer. Energiintermittens är det fenomen där energi inte är tillgänglig kontinuerligt på grund av många faktorer som människor inte kan kontrollera. Därför finns det variation i utbudet.
Lösningar för intermittens
Eftersom elproduktionen från vindkraftverk fluktuerar från timme till timme, eller till och med sekund till sekund, måste kraftleverantörer ha större energireserver för att möta och upprätthålla konsekventa nivåer av strömförsörjning, förklarar American Scientist. Intermittens betyder inte bara brister utan också perioder av överdrifter; detta ger då också en möjlig lösning. The American Scientist förklarar att när antalet vindkraftskällor ökar, kan lokala skillnader i väder- och vindförhållanden balansera brister och överdrifter.
Förbättrade väderprognoser och modellering gör det också lättare att ta hänsyn till även kortsiktiga förändringar av vindkraften. En blandning av källor är också nödvändig för att jämna ut dygns- eller säsongsmässiga skillnader i vindkraftsproduktion.
Oavsett intermittens har utbredda nya vindkraftsparker över hela USA faktiskt bidragit till att stabilisera strömförsörjningen, särskilt under extremt väder i Texas enligt Clean Technica.
Kostnad
2017 meddelade The Independent att produktion av energi från vind var billigare än från fossila bränslen. Det kostade 50 USD att producera en megawattimme (MWh) 2017. Med förbättrad teknik fortsätter kostnaderna att sjunka, vilket gör det mer attraktivt än konventionella förorenande energikällor. USA hoppas kunna stimulera denna rörelse genom att ge statliga incitament, för att öka andelen vindkraft som gav 6 % av sin el 2016 enligt EIA.
Wind EIS noterar att 80 % av kostnaderna är kapitalkostnader för att installera turbinerna och 20 % är i drift. Men eftersom inga bränslekostnader är inblandade, och med tanke på den energi som genereras under hela dess livscykel, är vindenergi konkurrenskraftig.
Kolfri energi
Vindenergi är ett av de mer effektiva alternativen till fossil energi. Det förutspås att år 2050 skulle 139 länder som för närvarande använder 99 % av världens energi kunna använda 100 % förnybar energi. Vind och sol kan tillsammans tillhandahålla så mycket som 97 % av denna energi, enligt en World Forum Report 2017. Detta kan hjälpa till att hålla tillbaka den globala uppvärmningen till under 1,5C. Oavsett om det är en vindkraftspark på en sluttning eller längs en kustlinje, erbjuder vindkraftsteknik ett mycket effektivare sätt att generera användbar el än icke-förnybara traditionella källor.