Резюме - Как работи вятърната енергия
Трудно е за човек, който не се е занимавал конкретно с този въпрос, дори да си представи колко енергия удря Земята всяка минута и колко малко от нея използваме.
Всички възобновяеми енергийни източници, с изключение на приливната и геотермалната, както и всички изкопаеми енергийни източници, са от слънчев произход. Слънцето излъчва към Земята 174 423 000 000 000 киловата енергия всеки час. С други думи, Земята получава 174 423 000 000 000 000 вата енергия всеки час от Слънцето. Около 2 процента от слънчевата енергия се преобразува във вятърна. Това е 100 пъти повече от количеството енергия, преобразувано в биомаса на всички растения на Земята.
Причини за образуване на вятър
Топлият въздух, който е по-лек от студения, се издига на височина от около 10 километра и започва да се движи към Северния и Южния полюс. Ако земното кълбо не се въртеше, топлият въздух щеше да стигне до полюсите, да се охлади и да се върне към екватора.
Поради факта, че земното кълбо се върти, всяко движение в северното полукълбо се отклонява надясно, ако го гледаме от нашата позиция. Съответно в южното полукълбо се отклонява наляво. Тази сила на огъване се нарича сила на Кориолис на името на френския математик Гюстав Кориолис (1792-1843).
Нека демонстрираме това с примери. Помислете за червен конус, който се движи на юг към върха си. В горната част виждаме въртенето на земята, защото. камерата е фиксирана на разстояние от топката. Конусът се движи право към Южния полюс.
По-долу виждаме същата ситуация, но от гледна точка на камерата, фиксирана върху топката.
Помислете за същата ситуация от Северния полюс. Камерата е фиксирана върху топката и следователно се върти през цялото време с нея. Внимателнокато погледнете отблизо, виждате, че червеният конус се завърта по крива вдясно от посоката на неговото движение. причината да виждаме тази кривина е, че камерата е монтирана на топката.
По-долу можете да видите как изглежда от гледна точка на камерата, фиксирана извън топката.
Силата на Кориолис, явление, което е ясно видимо за нас. Влаковете се движат на запад по-бързо от изток. Речното корито е по-дълбоко от едната страна, отколкото от другата.
В северното полукълбо вятърът има тенденция да се върти обратно на часовниковата стрелка около зоната на ниско налягане, в южното полукълбо, обратно - по посока на часовниковата стрелка.
Така нагрятият въздух се издига в екваториалната област и се движи към полюсите в горните слоеве на атмосферата. При около 30 градуса ширина в двете полукълба силата на Кориолис спира по-нататъшното движение на въздуха. На тази географска ширина се образува зона с високо налягане и въздухът започва да потъва. Тъй като на екватора се образува зона с ниско налягане, поради издигащия се нагорещен въздух тук започва да тече охладен въздух от Северния и Южния полюс.
Имайки предвид извиващата се сила на Кориолис, имаме следната картина на основните посоки на вятъра на различни географски ширини.
Размерът на атмосферата е силно преувеличен на снимката по-горе за по-голяма яснота. В действителност атмосферата има височина около 11 км, или 1/1200 от диаметъра на Земята. Горният слой на атмосферата се нарича тропосфера и тук се формира цялото време, включително така нареченият парников ефект.
Познаването на основните посоки на ветровете е много важно за правилното разположение на вятърните турбини. те трябва да бъдат разположени на места с минимален брой препятствия от главните ветрове.
Атмосферата покрива Земята с много тънък слой.Диаметърът на земното кълбо е около 12 000 км,
Горният слой на атмосферата, тропосферата, се намира на надморска височина от около 11 km. За по-голяма яснота това е показано на фигурата вдясно. Дължината на островите е около 300 км и за сравнение можете да видите дебелината на атмосферата над тях. Може да се даде още един нагледен пример: ако си представим Земята като топка с диаметър 1,2 метра, то дебелината на атмосферата ще бъде 1 мм.
В допълнение към глобалните ветрове, които формират времето, познаването на локалните ветрове, които са характерни за всеки регион, е от голямо значение за целите на вятърната енергия.
Земята се затопля през деня от слънцето много по-бързо от морето. Следователно въздухът над нагрятия бряг започва да се издига нагоре и в резултат на това понижава атмосферното налягане. В резултат на това маси от хладен въздух от морето се втурват към брега и морският бриз духа, докато налягането се изравни. С настъпването на мрака температурата на брега и морето се изравнява и морският бриз спира. През нощта протича обратният процес. Брегът се охлажда много по-бързо от морето и сега над морето се образува зона с ниско налягане и през нощта започва крайбрежен бриз.
Добър пример за широкомащабен морски бриз са мусоните в Югоизточна Азия
Друг вид местни ветрове са планинските ветрове.
Планинските райони показват много различни възможности за влияние върху климата и по-специално върху формирането на местни ветрове. Най-яркият пример е долинният вятър, който се образува върху склонове с южно изложение (на север в южното полукълбо). Когато въздухът на повърхността на склона се нагрее, неговата плътност спада и той започва да се издига нагоре към върха на склона. През нощта посоката на вятъра се обръща. Ако долината е със стръмни склонове, то т.нар. каньонски вятър,през деня духа нагоре по долината, а през нощта надолу.
По този начин, за най-ефективното разполагане на ветроенергийния парк, е необходимо да се проучи подробно картата на вятъра в района и да се тестват обектите чрез инсталиране на измервателни мачти. Съвременните методи позволяват да се извършва непрекъснат мониторинг на ветровата обстановка от всички обекти едновременно с получаване на данни на компютър чрез модем.