Vindenergi, også kjent som vindkraft, er et middel for å utnytte vind og gjøre den om til elektrisitet. Den gjennomsnittlige vindeffektiviteten til turbiner er mellom 35-45%.
Produksjon av vindkraft
Vind produseres i jordens atmosfære på grunn av forskjeller i jordtemperaturer lok alt eller på regional og global skala. Når varmt blir oppvarmet, stiger det og forlater stedet med lavt lufttrykk; luft fra kjøligere områder med høyere lufttrykk beveger seg inn for å utjevne lufttrykket.
Vindmøller og turbiner drar nytte av den kinetiske energien eller "bevegelsesenergien" som flytter luft eller vind fra ett sted til et annet og konverterer det til elektrisitet. Vindturbiner er reist på vindfulle steder, slik at vinden kan flytte turbinbladene. Disse bladene roterer en motor, og gir øker rotasjonene nok til å produsere elektrisitet. Ulike design av turbiner er egnet for varierende forhold.
Vindeffektivitet og vindkapasitetsfaktor
Vindeffektivitet er ikke det samme som vindkapasitetsfaktor, som er det som diskuteres når folk tenker på energieffektivitet. Wind Watch forklarer forskjellen mellom de to fenomenene.
Vindeffektivitet og dens grense
Vindeffektivitet er mengden kinetisk energi i vinden som omdannes til mekanisk energi og elektrisitet. Fysiske lover beskrevet av Betz Limit sier at den maksimale teoretiske grensen er 59,6%. Vinden krever resten av energien for å blåse forbi bladene. Dette er faktisk bra. Hvis en turbin fanget 100 % av energien, ville vinden slutte å blåse og bladene til en turbin kan ikke snu for å produsere elektrisitet.
Det er imidlertid ikke mulig for noen maskin for øyeblikket å konvertere alle de innestengte 59,6 % av kinetisk energi fra vind til elektrisitet. Det er begrensninger på grunn av måten generatorer lages og konstrueres på, som ytterligere reduserer mengden energi som til slutt omdannes til kraft. Gjennomsnittet er for tiden 35-45 %, som nevnt ovenfor. Maksimum ved topp ytelse kan nå 50 % ifølge Wind Watch. Et australsk regjeringsdokument (NSW) er også enig i at 50 % er den maksimale vindeffektiviteten som kan oppnås (s. 3).
Energieffektiviteten varierer ikke så mye som vindkapasitetsfaktoren gjør, som i stor grad er avhengig av beliggenhet og værforhold.
Vindkapasitetsfaktor
Vindkapasitetsfaktoren er mengden energi som produseres av en generator i forhold til hva den kunne produsere hvis den fungerte hele tiden med toppkapasitet, ifølge Green Tech Media. Vindkapasitetsfaktoren har en tendens til å variere fra sted til sted og til forskjellige tider av året, selv med de samme turbinene, siden den avhenger av vindhastigheten, dens tetthet og sveipet område som avhenger av størrelsen på generatoren påpeker Open EI. Vindkapasitetsfaktor kan optimaliseres ved å velge steder hvor ideelle vindforhold råder hele eller store deler av året. Så det er viktig å vurdere vindkapasitetsfaktoren og forholdene som påvirker den for å maksimere kraftuttaket.
- Vindhastighetunder 30 miles per time produserer lite energi ifølge Wind Watch. Selv små økninger i hastighet kan oversettes til betydelig økning i kraft generert i henhold til Open EI. Elektrisitet generert er kuben av vindhastigheten forklarer Wind EIS.
- Lufttetthet er mer i kjøligere strøk og ved havnivå enn i fjell. Så de ideelle stedene med høy vindtetthet er hav med kaldere temperaturer i henhold til Open EI. Dette er en av grunnene til den store utvidelsen innen offshore vindproduksjon.
- Større og høyere turbiner kan dra nytte av mer vind høyere over bakken og av det økte spennet til bladene deres. Økonomiske hensyn blir derfor viktige her.
Kapasitetsfaktoren økes stadig med forbedret teknologi. Vindturbiner bygget i 2014 nådde en kapasitetsfaktor på 41,2 % sammenlignet med 31,2 % for turbiner bygget mellom 2004-2011, ifølge Green Tech Media. Kapasitetsfaktoren til vind påvirkes imidlertid ikke bare av teknologien, men også vindtilgjengeligheten i seg selv. Dermed var kapasitetsfaktoren til turbiner i 2015 under forrige års gjennomsnitt på grunn av "vindtørke" forklarer Green Tech Media.
Sammenligning med andre kraftkilder
Energieffektiviteten til vind er bedre enn energieffektiviteten til kull. Bare 29-37 % av energien i kull omdannes til elektrisitet og gass har nesten samme virkningsgrad som vind, da 32-50 % av energien i gass kan omdannes til elektrisitet.
Men hensyn til kapasitetsfaktorer presterte imidlertid fossilt brensel bedre enn vind i USA i 2016 ifølge U. S. Energy Information Administration (EIA).
-
fornybar vs fabrikker Kullanlegg i USA kjørte på 52,7 % av kapasiteten.
- Kapasitetsfaktoren for gassanlegg var 56 % i USA.
- Kjernekraft hadde en kapasitetsfaktor på 92,5 %, ifølge EIA-tall for ikke-fossile brensler.
- Hydrokraftens kapasitetsfaktor var 38%.
- Vindkraftens kapasitetsfaktor var 34,7%.
Når du sammenligner kraftuttaket fra forskjellige energikilder, er det bedre å vurdere ikke bare kapasitetsfaktoren, men også deres energieffektivitet. Det er dette som gjør det konkurransedyktig og mulig å øke kraftproduksjonen fra vind sammenlignet med fossilt brensel som også plages av forurensningsproblemene de forårsaker.
Intermittens påvirker vindenergiproduksjon
Vindenergi lider av intermittens ettersom vind ikke alltid er tilgjengelig, og kan blåse med varierende hastighet, noe som betyr at strøm genereres på inkonsekvente nivåer. Energiintermittens er fenomenet der energi ikke er tilgjengelig kontinuerlig på grunn av mange faktorer som folk ikke kan kontrollere. Derfor er det variasjon i tilbudet.
Løsninger for intermittens
Siden generasjonen av kraft fra vindturbiner svinger fra time til time, eller til og med sekund til sekund, må kraftleverandører ha større energireserver for å møte og opprettholde konsistente nivåer av strømforsyning, forklarer American Scientist. Intermittens betyr ikke bare mangler, men også perioder med utskeielser; dette gir da også en mulig løsning. The American Scientist forklarer at etter hvert som antallet vindkraftkilder øker, kan lokale forskjeller i vær- og vindforhold balansere mangler og overskudd.
Forbedrede værmeldinger og modellering gjør det også lettere å ta hensyn til selv kortsiktige endringer i vindkraft. En blanding av kilder er også nødvendig for å utjevne døgn- eller sesongmessige forskjeller i vindkraftproduksjon.
Uavhengig av perioder, har utbredte nye vindparker over hele USA faktisk bidratt til å stabilisere strømforsyningen, spesielt under ekstremvær i Texas ifølge Clean Technica.
Kostnad
I 2017 kunngjorde The Independent at produksjon av energi fra vind var billigere enn fra fossilt brensel. Det kostet 50 dollar å produsere en megawatt-time (MWh) i 2017. Med forbedret teknologi fortsetter kostnadene å falle, noe som gjør det mer attraktivt enn konvensjonelle forurensende energikilder. USA håper å stimulere denne bevegelsen ved å gi statlige insentiver, for å øke andelen vindkraft som ga 6 % av elektrisiteten i 2016 ifølge EIA.
Wind EIS bemerker at 80 % av kostnadene er kapitalkostnader involvert i å installere turbinene, og 20 % er i drift. Men siden ingen drivstoffkostnader er involvert, og med tanke på kraften som genereres i hele livssyklusen, er vindenergi konkurransedyktig.
Karbonfri energi
Vindenergi er et av de mer effektive alternativene til fossil energi. Det er spådd at innen 2050 vil 139 land som i dag bruker 99 % av verdens energi kunne bruke 100 % fornybar energi. Vind og sol kan til sammen gi så mye som 97 % av denne energien, ifølge en World Forum Report fra 2017. Dette kan bidra til å begrense den globale oppvarmingen til under 1,5C. Enten det er en vindpark i en åsside eller langs en kystlinje, tilbyr vindturbinteknologi en langt mer effektiv måte å generere brukbar elektrisitet på enn ikke-fornybare tradisjonelle kilder.