Vėjo jėgainė

Vėjo jėgainė – energijos rūšies keitimo įtaisas, generatorius, verčiantis kinetinę vėjo energiją į elektros energiją.

Vėjo turbinos gaminamos vertikaliomis ir horizontaliomis ašimis. Mažiausios turbinos naudojamos tokioms reikmėms kaip akumuliatorių įkrovimas pagalbinei valčių ar priekabų energijai ar eismo įspėjamiesiems ženklams. Didesnės turbinos gali būti naudojamos buitiniam energijos tiekimui, pagaminta elektros energija parduodama elektros energijos tiekėjui per elektros tinklą.

Istorija

Pirmoji jėgainė buvo išrasta 1888 m. Jos išradėjas yra Charles F. Brush. Ši vėjo jėgainė turėjo net 144 mentes, kurios buvo medinės, ir toks įrenginys galėjo generuoti 12 kW galią.

Iki XX a. 4-ojo dešimtmečio vidurio daugelis Amerikos kaimiškų vietovių priklausė nuo vėjo energijos. Tai buvo vienintelis elektros energijos šaltinis. Tokios turbinos buvo prieinamos ir ekonomiškai naudingos. Jos buvo ypač naudingos nutolusioms vietoms, į kurias tiekti elektros energiją kitaip nebuvo galimybės.

Visose Jungtinėse Amerikos Valstijose išsiplėtus elektros linijoms, kaimiškose vietose esančios vėjo jėgainės išnyko, o vėjo energetika tapo praeitimi. Tik pastaraisiais dešimtmečiais imta vėl aktyviai domėtis vėjo energetika.^[1]

Tipai

Video vėjo jėgainė

Vėjo jėgainės pagal konstrukciją skirstomos į du tipus:

horizontalios ašies,
vertikalios ašies.

Vertikalios ašies vėjo jėgainės jau buvo žinomos Mesopotamijoje. Šias turbinas rekomenduojama įrengti tose vietovėse, kuriose gyvenamieji pastatai yra arti vienas kito, kadangi jėgainių darbo metu keliamas triukšmas yra mažesnis ir nesijaučia jokios vibracijos. Be to, jas lengva montuoti ir eksploatuoti, jų nereikia orientuoti pagal vėjo kryptį. Tačiau vertikalios vėjo jėgainės nepasižymi dideliu naudingumo koeficientu, nuo kurio priklauso pagaminamos elektros savikaina. Be to, norint paleisti šias elektrines reikalinga papildoma energija, dėl savo konstrukcijos jos yra lėtaeigės ir negali būti tokios aukštos kaip horizontalios jėgainės.

Vėjo jėgainės, kurios sukasi ant horizontalios ašies, yra plačiausiai naudojamos. Dėl savo konstrukcijos jos yra greitaeigės, mažesnio svorio, jėgainės turbiną galima iškelti aukštai. Be to, vieno instaliuoto kilovato kaina yra mažesnė negu vertikalios ašies jėgainių. Tačiau trūkumas tas, kad jų negalima statyti arti gyvenamųjų pastatų, aukštus bokštus sudėtinga transportuoti, o vėjo turbinas – įdiegti.

Vėjo jėgainės pagal paskirtį ir galingumą skirstomos į:

pramonines (daugiau kaip 250 kW),
vidutines (nuo 50 kW iki 250 kW),
asmenines (nuo 0,1 kW iki 50 kW).^[2]

Veikimo principas

Vėjas – tai judantis oras. Didėjant jo greičiui, didėja ir kinetinė, su judėjimu susijusi, energija. Vėjo elektrinės sukurtos taip, kad sudarytų kliūtį kinetinei energijai, ją sulėtintų ir konvertuotų į elektros energiją. Kliūtis kinetinei energijai susidaro, kuomet vėjas susiduria su turbinos mentėmis, kurios suprojektuotos taip, kad duotų didžiausią energijos kiekį ir taip sudarytų didžiausią galimą kliūtį. Dauguma vėjo elektrinių susideda iš trijų menčių, sumontuotų prie plieninio bokšto. Vėjo elektrinės gali būti įvairaus aukščio – kuo jos aukštesnės, tuo efektyviau veikia, nes didesniam aukščiui įprastai būdingi stipresni vėjai. Aukščiausia ir galingiausia kada nors pagaminta vėjo turbina „Haliade-X 12 MW“ šiuo metu veikia prie Nyderlandų krantų. Šios „GE Renewable Energy“ vėjo turbinos ašies aukštis yra 220 metrų. Kiekviena jos mentė yra 107 metrų arba vidutinio futbolo stadiono ilgio. Palyginimui: Lietuvoje aukščiausios vėjo turbinos ašies aukštis yra 110 metrų – dvigubai mažesnis. Vėjo elektrinės sugauna vėjo energiją savo mentėmis. Vėjui pučiant, vienoje mentės pusėje susidaro žemo slėgio oro kišenė. Ši kišenė traukia mentę link savęs ir taip priverčia suktis elektrinės viduje esantį rotorių. Naselėje esanti pavarų dėžė padidina rotoriaus sukimosi greitį nuo maždaug 18 iki 1800 apsisukimų per minutę – toks greitis leidžia turbinos generatoriui gaminti elektros energiją. Daugumos sausumoje šiuo metu veikiančių vėjo jėgainių galia yra 2–3 MW, tokios elektrinės kasmet gali pagaminti apie 5,5 mln. kWh elektros energijos. Tiek visiškai pakanka patenkinti apie 1,5 tūkst. vidutinių individualių namų ir apie 4 tūkst. vidutinių butų ūkių metinius elektros poreikius Lietuvoje. Tačiau naujai šiuo metu statomų elektrinių galia siekia ir 5,5 MW, todėl jos gali pagaminti daugiau nei dvigubai daugiau elektros energijos.^[3]

Poveikis aplinkai ir žmogaus sveikatai

Didelės vėjo jėgainės, tampa vis svarbesniu atsinaujinančios energijos šaltiniu, daugelis šalių jas naudoja, siekdamos sumažinti energetinę priklausomybę nuo iškastinio kuro. Viename vertinime teigiama, kad nuo 2009 m. palyginus su fotovoltiniais, hidro, geoterminiais, anglies ir dujų elektros gamybos būdais, energija gaunama naudojant vėją santykiniai turi mažiausią šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį, mažiausią vandens suvartojimo poreikį ir palankiausią socialinį poveikį.^[4] Tačiau yra nuomonių, jog didelės vėjo jėgainės, ypač jų parkai, darko kraštovaizdį, kelia grėsmę paukščiams, šikšnosparniams,^[5], šalia vėjo jėgainių gyvenantys žmonės yra nuolat veikiami iki 45 dB garso, kuris didina stresą, kelia nemigą ir taip veikia sveikatą.^[6]

Vėjo jėgainės Lietuvoje

2019 m. Lietuvoje veikiantys vėjo jėgainių parkai pagamino 1,45 TWh (1453 GWh) elektros energijos: 28 % daugiau nei 2018 m., kai vėjo elektrinės pagamino 1,14 TWh (1139 GWh). Tai yra 13 % galutinio Lietuvos elektros energijos suvartojimo. Bendrai atsinaujinantys energijos šaltiniai 2018 m. pagamino 2,9 TWh elektros energijos – 26 % galutinio elektros energijos suvartojimo.

Lietuvoje šiuo metu veikia 23 vėjo jėgainių parkai, jų galia kartu sudėjus siekia 480 MW. „Litgrid“ duomenimis, kartu su mažosiomis vėjo jėgainėmis, Lietuvoje iš viso instaliuota 533 MW galios elektrinių.^[7]

Vėjo jėgainės Europoje

2019 m. Europoje buvo instaliuota 15,4 GW galios naujų vėjo elektrinių: 11,8 GW iš jų – sausumoje, o 3,6 GW – jūroje.

Daugiausia naujų vėjo jėgainių 2019 m. iškilo Jungtinėje Karalystėje – 2,4 GW (sausumoje ir jūroje), Ispanijoje – 2,3 GW (sausumoje), Vokietijoje – 2,2 GW (sausumoje ir jūroje), Švedijoje – 1,6 GW (sausumoje), Prancūzijoje – 1,3 GW (sausumoje). Pirmosiose keturiose valstybėse instaliuotos vėjo jėgainės sudarė daugiau nei pusę – 55 proc. – visoje Europoje instaliuotų vėjo jėgainių.

Už Europos Sąjungos ribų 2019 metais nuo 600 iki 800 MW naujų elektrinių 2019 m. instaliavo Norvegija, Turkija ir Ukraina.

2019 m. Europoje instaliuota 27 proc. daugiau naujų vėjo jėgainių nei 2018-aisiais. Tačiau norint įgyvendinti Europos Žaliajame susitarime iškeltus tikslus, vėjo energetikos plėtra turėtų būti dar spartesnė. Europoje turėtų būti instaliuojama dvigubai daugiau naujų vėjo jėgainių nei 2019-aisiais, augimas turėtų būti fiksuojamas tiek sausumoje, tiek ir jūroje.

Iš viso Europoje veikia 205 GW galios vėjo jėgainių. Daugiausia jų instaliuota Vokietijoje (61 GW), Ispanijoje (26 GW), Jungtinėje Karalystėje (24 GW), Prancūzijoje (17 GW) ir Italijoje (11 GW). Taigi paminėtose šalyse instaliuota apie du trečdalius Europoje esančių vėjo jėgainių, kitoms regiono valstybėms atitenka likęs trečdalis.^[8]

Galerija

Pirmoji pasaulyje (1888 m.) automatinė vėjo turbina Klyvlende. Aukštis – 18 m, galia – 12 kW
Horizontaliosios ašies vėjo turbinos Šiaurės jūroje
Vertikaliosios ašies vėjo turbina
H tipo vertikaliosios ašies vėjo turbina
Pirmoji pasaulyje: Estinnes vėjo jėgainių 11 E-126 vėjo turbinos 7,5 MW, liepos 2010, pamatyti unikalią dviejų dalių rotoriaus mentės apie
7,5 MW galios turbinų Estinnes Belgija m. spalio 10 d. 2010 m. baigė
Vėjo jėgainių parkas Vokietijoje