אנרגיית הרוח, הידועה גם ככוח רוח, היא האמצעי לרתימת הרוח והפיכתה לחשמל. יעילות הרוח הממוצעת של טורבינות היא בין 35-45%.
ייצור כוח רוח
רוח מופקת באטמוספירה של כדור הארץ עקב הבדל בטמפרטורות כדור הארץ באופן מקומי או בקנה מידה אזורי ועולמי. כאשר חם מתחמם הוא עולה ועוזב את המקום עם לחץ אוויר נמוך; אוויר מאזורים קרירים יותר עם לחצים גבוהים יותר של אוויר נכנס פנימה כדי להשוות את לחץ האוויר.
טחנות רוח וטורבינות מנצלות את האנרגיה הקינטית או "אנרגיית התנועה" המעבירה אוויר או רוח ממקום למקום וממירה אותו לחשמל.טורבינות רוח מוקמות במקומות סוערים, כך שהרוח יכולה להזיז את להבי הטורבינות. להבים אלה מסובבים מנוע, וגלגלי שיניים מגבירים את הסיבובים מספיק כדי לייצר חשמל. עיצובים שונים של טורבינות מתאימים לתנאים משתנים.
פקטור יעילות רוח וקיבולת רוח
יעילות הרוח אינה זהה לגורם קיבולת הרוח, וזה מה שנדון כשאנשים חושבים על יעילות אנרגטית. Wind Watch מסביר את ההבדל בין שתי התופעות.
יעילות הרוח והגבול שלה
יעילות הרוח היא כמות האנרגיה הקינטית ברוח המומרת לאנרגיה מכנית וחשמל. חוקי הפיזיקה המתוארים על ידי בץ לימיט אומרים שהגבול התיאורטי המקסימלי הוא 59.6%. הרוח דורשת את שאר האנרגיה כדי לעקוף את הלהבים. זה למעשה טוב. אם טורבינה כלואה 100% מהאנרגיה הרוח תפסיק לנשוב ולהבי הטורבינה לא יכולים להסתובב כדי לייצר חשמל.
עם זאת, לא ניתן לאף מכונה להמיר את כל 59.6% האנרגיה הקינטית הכלואה מרוח לחשמל. ישנן מגבלות בשל האופן שבו גנרטורים מיוצרים ומתוכננים, אשר מפחיתים עוד יותר את כמות האנרגיה המומרת לבסוף לחשמל. הממוצע כיום הוא 35-45%, כפי שצוין לעיל. המקסימום בביצועים שיא יכול להגיע ל-50% לפי Wind Watch. גם מסמך ממשלת אוסטרליה (NSW) מסכים ש-50% היא יעילות הרוח המקסימלית שניתן להשיג (עמוד 3).
יעילות האנרגיה אינה משתנה כמו גורם קיבולת הרוח, אשר תלוי במידה רבה במיקום ובתנאי מזג האוויר.
גורם קיבולת רוח
גורם קיבולת הרוח הוא כמות האנרגיה המופקת על ידי גנרטור לעומת מה שהוא יכול להפיק אם הוא היה מתפקד כל הזמן בשיא קיבולת, על פי Green Tech Media. גורם קיבולת הרוח נוטה להשתנות ממקום למקום ובתקופות שונות של השנה, אפילו באותן טורבינות, שכן הוא תלוי במהירות הרוח, בצפיפותה ובשטח הסוחף שלה התלוי בגודל הגנרטור מציין Open EI.ניתן לייעל את גורם קיבולת הרוח על ידי בחירת מקומות שבהם שוררים תנאי רוח אידיאליים במשך כל השנה או חלקה הגדול. אז חשוב לקחת בחשבון את גורם קיבולת הרוח ואת התנאים המשפיעים עליו כדי למקסם את תפוקת הכוח.
- מהירות הרוחמתחת ל-30 מייל לשעה מייצרת מעט אנרגיה לפי Wind Watch. אפילו עליות קטנות במהירות יכולות לתרגם לעלייה משמעותית בהספק שנוצר על פי Open EI. חשמל שנוצר הוא הקובייה של מהירות הרוח מסביר Wind EIS.
- צפיפות האוויר היא יותר באזורים קרירים יותר ובגובה פני הים מאשר בהרים. אז המקומות האידיאליים עם צפיפות רוח גבוהה הם ימים עם טמפרטורות קרות יותר לפי Open EI. זו אחת הסיבות להתרחבות בקנה מידה גדול בייצור רוחות מהחוף.
- טורבינות גדולות וגבוהות יותר יכולות לנצל יותר רוח גבוהה יותר מעל פני הקרקע ועל ידי הטווח המוגדל של הלהבים שלהן. לכן שיקולים כלכליים הופכים חשובים כאן.
מקדם הקיבולת מוגדל כל הזמן עם טכנולוגיה משופרת. טורבינות רוח שנבנו בשנת 2014 הגיעו למקדם קיבולת של 41.2% לעומת 31.2% עבור טורבינות שנבנו בין השנים 2004-2011, לפי Green Tech Media. עם זאת, גורם הקיבולת של הרוח מושפע לא רק מהטכנולוגיה, אלא גם מהזמינות של הרוח עצמה. לפיכך, בשנת 2015 מקדם הקיבולת של טורבינות היה מתחת לממוצע של שנים קודמות בגלל "בצורת רוח" מסבירה Green Tech Media.
השוואה עם מקורות כוח אחרים
היעילות האנרגטית של רוח טובה יותר מהיעילות האנרגטית של פחם. רק 29-37% מהאנרגיה בפחם מומרת לחשמל ולגז יש יעילות כמעט זהה לרוח שכן ניתן להמיר 32-50% מהאנרגיה בגז לחשמל.
עם זאת, במונחים של גורמי קיבולת, דלקים מאובנים הניבו ביצועים טובים יותר מהרוח בארה" ב בשנת 2016, לפי מינהל המידע האמריקאי לאנרגיה (EIA).
-
מתחדשים לעומת מפעלים מפעלי פחם בארה" ב פעלו ב-52.7% מהקיבולת שלהם.
- מקדם הקיבולת עבור מפעלי גז היה 56% בארה" ב.
- לכוח הגרעיני היה מקדם קיבולת של 92.5%, לפי נתוני EIA עבור דלקים לא מאובנים.
- מקדם הקיבולת של Hydro power היה 38%.
- מקדם הקיבולת של כוח הרוח היה 34.7%.
כאשר משווים את תפוקת הכוח ממקורות אנרגיה שונים, עדיף לקחת בחשבון לא רק את גורם הקיבולת, אלא גם את יעילות האנרגיה שלהם. זה מה שהופך את הגדלת ייצור החשמל מרוח לתחרותית וניתנת לביצוע בהשוואה לדלקים מאובנים אשר מוטרדים גם מבעיות הזיהום שהם גורמים.
סירוגין משפיע על תפוקת אנרגיית הרוח
אנרגיית הרוח סובלת מסירוגין מכיוון שהרוח לא תמיד זמינה, ויכולה לנשוב במהירויות משתנות, כלומר כוח נוצר ברמות לא עקביות.הפסקת אנרגיה היא התופעה שבה אנרגיה אינה זמינה ברציפות עקב גורמים רבים שאנשים אינם יכולים לשלוט בהם. לכן יש שונות בהיצע.
פתרונות לסירוגין
מאחר והפקת החשמל מטורבינות רוח משתנה משעה לשעה, או אפילו שנייה לשניה, ספקי החשמל צריכים להיות בעלי עתודות אנרגיה גדולות יותר כדי לעמוד ברמות אספקת חשמל עקביות ולשמור עליהן, מסביר המדען האמריקאי. לסירוגין פירושו לא רק מחסור אלא גם תקופות של עודפים; אז זה מספק גם פתרון אפשרי. המדען האמריקני מסביר שככל שמספר מקורות כוח הרוח גדל, הבדל מקומי בתנאי מזג האוויר והרוח יכול לאזן מחסורים ועודפים.
תחזיות מזג אוויר משופרות ומידול גם מקלים על ההתייחסות גם לשינויים קצרי טווח בכוח הרוח. שילוב של מקורות נחוץ גם כדי אפילו הבדלים יומיומיים או עונתיים בייצור כוח הרוח.
ללא קשר לסירוגין, חוות רוח חדשות נפוצות ברחבי ארה" ב, למעשה עזרו לייצב את אספקת החשמל, במיוחד בזמן מזג אוויר קיצוני בטקסס על פי Clean Technica.
עלות
בשנת 2017 הודיע ה" אינדיפנדנט" כי הפקת אנרגיה מרוח זולה יותר מדלק מאובנים. זה עלה 50 דולר לייצר מגה וואט שעה (MWh) בשנת 2017. עם שיפור הטכנולוגיה, העלויות ממשיכות לרדת, מה שהופך אותו לאטרקטיבי יותר ממקורות אנרגיה מזהמים קונבנציונליים. ארה" ב מקווה לדרבן תנועה זו על ידי מתן תמריצים ממשלתיים, להגדיל את חלקה של אנרגיית הרוח שסיפקה 6% מהחשמל שלה בשנת 2016 לפי EIA.
Wind EIS מציין כי 80% מהעלויות הן עלויות הון הכרוכות בהתקנת הטורבינות, ו-20% הן תפעוליות. עם זאת, מכיוון שלא מעורבות עלויות דלק, ובהתחשב בכוח שנוצר בכל מחזור החיים שלה, אנרגיית הרוח היא תחרותית.
אנרגיה ללא פחמן
אנרגיית הרוח היא אחת החלופות היעילות יותר לאנרגיית דלק מאובנים. ההערכה היא שעד שנת 2050, 139 מדינות המשתמשות כיום ב-99% מהאנרגיה בעולם עשויות להשתמש ב-100% באנרגיה מתחדשת. רוח ושמש יכולים יחד לספק עד 97% מהאנרגיה הזו, על פי דו" ח של הפורום העולמי לשנת 2017. זה יכול לעזור להכיל את עליית ההתחממות הגלובלית מתחת ל-1.5C. בין אם זו חוות רוח על צלע גבעה או לאורך קו חוף, טכנולוגיית טורבינות הרוח מציעה דרך יעילה הרבה יותר לייצר חשמל בר שימוש מאשר מקורות מסורתיים שאינם מתחדשים.
