Znajdź zawartość

Naukowcy z California Institute of Technology (Caltech) twierdzą, że wydajność turbin wiatrowych można bardzo łatwo zwiększyć co najmniej 10-krotnie. Wystarczy... odpowiednio dobrać umiejscowienie turbiny. Specjaliści doszli do takich wniosków po przeprowadzeniu badań na eksperymentalnej 1-hektarowej farmie wiatrowej w pobliżu Los Angeles. Badania prowadził zespół kierowany przez profesora Johna Dabiri, specjalisty ds. aeronautyki i bioinżynierii. Na wspomnianej farmie stoją 24 wiatraki o wysokości 10 metrów. Wykorzystują one turbiny typu VAWT (vertical-axis wind turbines) o rozpiętości 1,2 metra każda. To turbiny o pionowej osi obrotu. Znane są od lat, jednak ich zastosowanie ograniczały możliwości technologiczne i materiałowe. Mają one jednak potencjalnie wyższą sprawność energetyczną od powszechnie stosowanych turbin o osi poziomej HAWT. Mają też prostszą konstrukcję, pracują przy wietrze wiejącym z różnych kierunków i o różnej sile. Pracują ponadto ciszej i są bezpieczniejsze. Profesor Dabiri zauważa, że obecnie buduje się farmy wiatrowe, które wykorzystują turbiny HAWT. Muszą one stać w dużej odległości od siebie, nie tylko dlatego, by skrzydła nie zahaczały o siebie. Ruch wirnika zakłóca bowiem przepływ powietrza, przez co sąsiednia zbyt blisko umiejscowiona turbina, byłaby mniej efektywna. Ograniczenia te powodują, że na farmie korzystającej HAWT zdecydowana większość energii wiatru jest marnowana. Próbuje się temu zaradzić budując wysokie turbiny, które wykorzystują wiatr o wyższej energii. To z kolei oznacza wyższe koszty, większe problemy inżynieryjne i większy wpływ na środowisko. Z wyliczeń Dabiriego wynika jednak, że wiatry wiejące na wysokości 10 metrów są na tyle silne, teoretycznie zapewniłyby całej ludzkości wielokrotnie więcej energii, niż jest zużywane. To pokazuje, jak ważne jest wyłapanie jak największej ilości energii wiatru pojawiającego się na obszarze farmy. Dabiri uważa, że to tego celu najlepiej nadają się turbiny VAWT, gdyż można je umieszczać bardzo blisko siebie, przechwytując niemal całą energię wiatru z danej wysokości. Uczony, po obserwacji... ryb poruszających się w ławicy wysnuł wniosek, że VAWT można umieścić jeszcze bliżej siebie niż zwykle, jeśli sąsiadujące turbiny będą obracały się w przeciwnych kierunkach. Latem ubiegłego roku Dabiri wraz ze swoim zespołem postanowili sprawdzić prędkość obrotową i wydajność 6 turbin ustawianych w różnych konfiguracjach. Jedna turbina znajdowała się w ustalonej pozycji, a 5 pozostałych przemieszczano. Testy wykazały, że ustawienie turbin w odległości 4 średnic wirnika od siebie, czyli około 5 metrów, całkowicie eliminowało aerodynamiczne interferencje pomiędzy nimi. W przypadku turbin HAWT odległość ta wynosi 20 średnic. VAWT okazały się też znacznie bardziej wydajne. Można było z nich uzyskać 21-47 watów na każdy metr kwadratowy terenu. Z HAWT podobnej wielkości pozyskuje się 2-3 watów. Obecnie Dabiri z zespołem prowadzą podobne eksperymenty z użyciem 18 turbin VAWT. Ich celem jest udoskonalenie komercyjnych turbin i sposobu ich instalacji tak, by farmy wiatrowe stały się co najmniej 10-krotnie bardziej wydajne od obecnie stosowanych rozwiązań.

Do roku 2030 zapotrzebowanie Chin na energię elektryczną wzrośnie dwukrotnie. To oznacza poważny wzrost zanieczyszczeń, który nie będzie problemem tylko Państwa Środka, ale całego świata. Obecnie aż 80% energii Chiny uzyskują z węgla, a każdego roku powstają setki nowych elektrowni, które mają zaspokoić potrzeby tego olbrzymiego kraju. Na szczęście Pekin inwestuje też w odnawialne źródła energii. ChRL już w tej chwili jest jednym z czołowych producentów energii z wiatru. Zainstalowana moc wynosi 12,2 gigawata (4. miejsce na świecie po USA, Niemczech i Hiszpanii), czyli odpowiada mocy około 25 typowych elektrowni węglowych. Nie wszystkie chińskie turbiny są jednak podłączone do systemu energetycznego. W rzeczywistości wiatr dostarcza jedynie około 3 gigawatów, czyli 0,4% chińskiej energii. Tymczasem amerykańscy naukowcy przeprowadzili badania, z których wynika, że Chiny inwestując w energetykę wiatrową mogą zmniejszyć emisję zanieczyszczeń o 30%. Jednak nie jest to takie proste, jak się wydaje. Justin Wu, analityk z firmy New Energy Finance, zauważa, że podłączenie turbin wiatrowych do ogólnokrajowej sieci to zadanie niezwykle skomplikowane ze względu na nieprzewidywalność wiatrów. Dodaje, że podłączenie wszystkich chińskich turbin wymagałoby sporych inwestycji. Obecna technologia uniemożliwia całkowite zaspokojenie potrzeb kraju tylko z energii wiatru. Konieczny jest bowiem dalszy postęp w dziedzinie niwelowania faktu, że wiatry wieją nieregularnie. Bez prawdziwego przełomu nie będzie możliwe wykorzystanie tylko i wyłącznie wiatru - mówi Wu. Jego zdaniem taki przełom może zostać dokonany przez firmy energetyczne, ale musiałyby one dostać budżetowe pieniądze na niezwykle kosztowne badania i inwestycje. Tymczasem Międzynarodowa Agencja Energetyczne uważa, że do roku 2030 Chiny muszą zainstalować dodatkowe 800 gigawatów mocy, by zaspokoić rosnące potrzeby. Autorzy wspomnianego raportu twierdzą, że większość tej mocy można pozyskać z wiatru.

Profesor Mark Z. Jacobson z Uniwersytetu Stanforda, przeprowadził pierwsze porównawcze ilościowe badania różnych systemów produkcji energii. Wynika z nich, że najlepszymi metodami zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego, zmniejszenia emisji do atmosfera oraz zredukowania liczby osób umierających z powodu zanieczyszczenia powietrza, są inwestycje w energię pozyskiwaną z wiatru i wody. Mają one przewagę zarówno nad biopaliwami, jak i nad energią nuklearną. W swoich badaniach Jacobson brał pod uwagę nie tylko możliwość wykorzystania danego sposobu produkcji energii jako źródła elektryczności dla gospodarstw domowych czy napędu dla pojazdów, ale również badał ich wpływ na źródła wody, środowisko, globalne ocieplenie, zdrowie człowieka, bezpieczeństwo energetyczne kraju oraz wymagania dotyczące zajmowanej przestrzeni i niezawodność. Profesor odkrył, że te źródła energii, o których obecnie mówi się najwięcej, zanieczyszczają środowisko od 25 do 1000 razy bardziej, niż najczystsze z możliwych źródeł. Alternatywne źródła energii, które są dobre, nie są tymi, o których najczęściej mówimy. Niektóre z rozważanych propozycji są koszmarne - mówi Jacobson. Jego zdaniem biopaliwa bazujące na etanolu uczynią więcej szkody dla ludzkiego zdrowia, środowiska naturalnego, ujęć wody czy gleby niż paliwa kopalne. Naukowiec mówi, że najlepszymi źródłami energii, w takiej właśnie kolejności, są: wiatr, skoncentrowana energia słoneczna (używanie luster do podgrzewania płynu), energia geotermalna, energia pływów morskich, energia słoneczna z ogniw fotowoltaicznych, energia fal morskich, energia uzyskiwania z przepływu wody. Z kolei najgorszymi formami pozyskiwania energii, w kolejności od najmniej do najbardziej szkodliwej, są: energia jądrowa, energia z węgla połączona z przechwytywaniem i sekwestracją związków węgla, etanol z kukurydzy, etanol z trawy. Pozyskiwanie biopaliwa z trawy powoduje większe zanieczyszczenie powietrza, wymaga większych areałów uprawy i ma bardziej negatywny wpływ na środowisko niż biopaliwa z kukurydzy. Uczony najpierw porównał różne źródła pozyskiwania energii na potrzeby transportu. Przyjął, że wszystkie samochody w USA to pojazdy albo elektryczne, albo korzystające z ogniw paliwowych, albo też napędzane etanolem E85. Z wyliczeń Jacobsona wynika, że najmniej obciążające dla środowiska naturalnego jest wykorzystanie turbin wiatrowych. Redukują one emisję dwutlenku węgla o 99% i wymagają wyjątkowo mało miejsca. Do zasilenia wszystkich samochodów w USA wystarczyłoby 0,5% powierzchni USA czyli 30-krotnie mniej niż w przypadku biopaliw. Jednocześnie uratowano by życie 15 000 osób rocznie, które obecnie umierają w Stanach Zjednoczonych z powodu zanieczyszczenia powietrza powodowanych przez ruch samochodowy. Ponadto produkcja energii w wiatru niemal nie wymaga użycia wody. Z kolei użycie etanolu nie przyczyni się do zmniejszenia liczby zgonów spowodowanych zanieczyszczeniami. Wszystkie amerykańskie samochody można zasilić od 73 do 144 tysiącami 5-megawatowych turbin wiatrowych. Jacobson przyrównuje to do 300 000 samolotów, jakie USA wybudowały w czasie II wojny światowej i mówi, że turbiny jest znacznie łatwiej budować. Politycy dużo obecnie mówią o konieczności wdrożenia programu robót, które dadzą ludziom pracę w obliczu kryzysu. Zatrudniając ludzi przy budowie turbin wiatrowych, farm słonecznych, zakładów energii geotermalnej, samochodów elektrycznych nie tylko damy im pracę, ale też zmniejszymy koszty opieki zdrowotnej, zredukujemy szkodliwy wpływ na środowisko i uzyskamy niewyczerpane źródło czystej energii - mówi Jacobsen. Podkreśla przy tym, że, wbrew obawom niektórych, pozyskiwanie energii z fal czy wiatru wcale nie oznacza uzależnienie się od kaprysów pogody. Wystarczy tylko odpowiednio sterować produkcją energii w wielu różnych lokalizacjach. Jednocześnie naukowiec skrytykował amerykański przemysł samochodowy, który promuje biopaliwa. To najgorsze miejsce do inwestowania pieniędzy. Biopaliwa są najgorszym wyborem w odchodzeniu od paliw kopalnych - mówi. Porównując emitowane zanieczyszczenia, Jacobsen stwierdza: pozyskiwanie energii z węgla z sekwestracją powoduje od 60 do 110 razy większe zanieczyszczenie niż energia wiatrowa. Energia nuklearna oznacza 25 razy więcej zanieczyszczeń niż wiatr.