Πώς λειτουργεί η αιολική ενέργεια;

Η αιολική ενέργεια είναι μία από τις πιο γνωστές μορφές ανανεώσιμης ενέργειας και βασίζεται σε μια απλή ιδέα: Τη μετατροπή της κινητικής ενέργειας του ανέμου σε ηλεκτρική ενέργεια. Η βασική τεχνολογία που χρησιμοποιείται για αυτόν τον σκοπό είναι η ανεμογεννήτρια.

Παρότι εξωτερικά μια ανεμογεννήτρια μοιάζει σχετικά απλή, στο εσωτερικό της λειτουργούν αρκετά μηχανικά και ηλεκτρικά συστήματα. Ο άνεμος θέτει σε κίνηση τα πτερύγια, η περιστροφή μεταφέρεται σε μια γεννήτρια και τελικά παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα που μπορεί να διοχετευτεί στο δίκτυο.

Από τον άνεμο στην περιστροφή των πτερυγίων

Ο άνεμος δημιουργείται κυρίως εξαιτίας της άνισης θέρμανσης της επιφάνειας της Γης από τον Ήλιο. Οι διαφορές στη θερμοκρασία προκαλούν διαφορές στην ατμοσφαιρική πίεση και έτσι οι αέριες μάζες μετακινούνται από μία περιοχή σε μια άλλη.

Όταν ο άνεμος συναντά τα πτερύγια μιας ανεμογεννήτριας, δημιουργούνται αεροδυναμικές δυνάμεις που τα κάνουν να περιστρέφονται. Τα πτερύγια δεν λειτουργούν απλώς επειδή ο αέρας τα «σπρώχνει». Το σχήμα τους έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να δημιουργεί διαφορά πίεσης γύρω από την επιφάνειά τους, με τρόπο παρόμοιο με αυτόν που λειτουργούν τα φτερά ενός αεροπλάνου.

Η περιστροφή των πτερυγίων μεταφέρεται σε έναν κεντρικό άξονα μέσα στην άτρακτο της ανεμογεννήτριας. Ανάλογα με τον σχεδιασμό, η κίνηση μπορεί να περάσει μέσα από κιβώτιο ταχυτήτων ώστε να αυξηθεί η ταχύτητα περιστροφής πριν φτάσει στη γεννήτρια.

Υπάρχουν όμως και ανεμογεννήτριες άμεσης μετάδοσης, στις οποίες δεν χρησιμοποιείται παραδοσιακό κιβώτιο ταχυτήτων. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η γεννήτρια έχει σχεδιαστεί ώστε να λειτουργεί αποτελεσματικά με χαμηλότερες ταχύτητες περιστροφής.

Η απόδοση εξαρτάται σημαντικά από την ταχύτητα του ανέμου. Πολύ ασθενής άνεμος μπορεί να μην είναι αρκετός για ουσιαστική παραγωγή, ενώ σε εξαιρετικά ισχυρούς ανέμους η ανεμογεννήτρια μπορεί να σταματήσει για λόγους ασφαλείας.

Πώς παράγεται το ηλεκτρικό ρεύμα;

Η βασική μετατροπή πραγματοποιείται στη γεννήτρια. Εκεί η μηχανική ενέργεια της περιστροφής μετατρέπεται σε ηλεκτρική μέσω της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Με απλά λόγια, η σχετική κίνηση μαγνητικών πεδίων και αγωγών δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα. Πρόκειται για την ίδια βασική αρχή που χρησιμοποιείται σε πολλές διαφορετικές μορφές ηλεκτροπαραγωγής.

Το παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα χρειάζεται στη συνέχεια κατάλληλη επεξεργασία πριν διοχετευτεί στο ηλεκτρικό δίκτυο. Συστήματα ηλεκτρονικών ισχύος προσαρμόζουν τα χαρακτηριστικά του ρεύματος, ενώ μετασχηματιστές αυξάνουν την τάση ώστε η ενέργεια να μπορεί να μεταφερθεί αποτελεσματικότερα σε μεγαλύτερες αποστάσεις.

Οι σύγχρονες ανεμογεννήτριες διαθέτουν επίσης εξελιγμένα συστήματα ελέγχου. Αισθητήρες παρακολουθούν συνεχώς την ταχύτητα και την κατεύθυνση του ανέμου.

Το επάνω μέρος της ανεμογεννήτριας μπορεί να περιστρέφεται ώστε τα πτερύγια να παραμένουν στραμμένα προς την κατάλληλη κατεύθυνση. Παράλληλα, μπορεί να αλλάζει η γωνία των πτερυγίων ώστε να ελέγχεται η απόδοση και να προστατεύεται η κατασκευή όταν οι συνθήκες γίνονται πολύ έντονες.

Μια μεμονωμένη ανεμογεννήτρια μπορεί να παράγει σημαντική ποσότητα ενέργειας, αλλά συνήθως πολλές εγκαθίστανται μαζί δημιουργώντας ένα αιολικό πάρκο.

Πλεονεκτήματα, περιορισμοί και ο ρόλος των αιολικών πάρκων

Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της αιολικής ενέργειας είναι ότι κατά τη λειτουργία των ανεμογεννητριών δεν απαιτείται καύση ορυκτών καυσίμων. Έτσι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας συνοδεύεται από πολύ χαμηλότερες εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου σε σύγκριση με την ηλεκτροπαραγωγή από άνθρακα ή φυσικό αέριο.

Ο άνεμος είναι επίσης ανανεώσιμος πόρος. Δεν εξαντλείται λόγω της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και μπορεί να αξιοποιηθεί τόσο στην ξηρά όσο και στη θάλασσα.

Τα υπεράκτια αιολικά πάρκα εγκαθίστανται σε θαλάσσιες περιοχές, όπου συχνά οι άνεμοι είναι πιο ισχυροί και σταθεροί. Παράλληλα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μεγαλύτερες ανεμογεννήτριες, αν και η κατασκευή και η συντήρησή τους είναι πιο απαιτητικές.

Η αιολική ενέργεια έχει όμως και περιορισμούς. Το βασικότερο ζήτημα είναι ότι ο άνεμος δεν φυσά συνεχώς με την ίδια ένταση. Η παραγωγή επομένως μεταβάλλεται ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες.

Για αυτό ένα ηλεκτρικό σύστημα με μεγάλη συμμετοχή ανανεώσιμων πηγών χρειάζεται ευέλικτα δίκτυα, αποθήκευση ενέργειας, διασυνδέσεις και συνδυασμό διαφορετικών πηγών παραγωγής.

Υπάρχουν επίσης περιβαλλοντικά και χωροταξικά ζητήματα. Η εγκατάσταση αιολικών πάρκων μπορεί να επηρεάζει το τοπίο, ενώ απαιτείται σωστός σχεδιασμός ώστε να περιορίζονται επιπτώσεις σε πτηνά, νυχτερίδες και ευαίσθητα οικοσυστήματα.

Παρά τους περιορισμούς, η τεχνολογία εξελίσσεται συνεχώς. Οι ανεμογεννήτριες γίνονται μεγαλύτερες, αποδοτικότερες και καλύτερα ελεγχόμενες, επιτρέποντας την παραγωγή περισσότερης ενέργειας ακόμη και σε διαφορετικές συνθήκες ανέμου.

Η βασική αρχή, όμως, παραμένει απλή: Ο άνεμος κινεί τα πτερύγια, η περιστροφή μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια και το ρεύμα διοχετεύεται στο δίκτυο. Έτσι μια φυσική κίνηση της ατμόσφαιρας μπορεί να μετατραπεί σε ενέργεια που χρησιμοποιείται καθημερινά σε σπίτια, επιχειρήσεις και ολόκληρες πόλεις.

Πηγή: Statkraft