Vetar

Svako od nas kada čuje reč vetrenjača pomisli na Holandiju, čiji su pejzaži vekovima istačkani sa hiljadama vetrenjača. Vetrenjače predstavljaju rane tehničke veštine i domišljatost koja se naizgled izgubila tokom industrijske revolucije, kada su fosilna goriva zamenila vetar i vodu kao najkorišćeniji izvor energije. Neki ljudi u 21. veku zalažu se za energiju vetra zato što je čista i obnovljiva.

Elektricitet dobijen energijom vetra oslanja se na kretanje vazduha preko propelera koji pokreće turbinu. Vetar se stvara kao rezutat temperaturnih razlika na površini zemlje. Vazdušne mase kreću se iz predela  visokog atmosferskog pritiska ka predelima sa niskim pritiskom. Energija vetra stvara veoma malo gasova staklene bašte i postojaće dokle god sunce sija i vetar duva. Ipak, postoje poteškoće za uvođenje energije vetra.

Ova energija, kao i drugi oblici obnovljive energije, rade efektno samo u određenim geografskim i klimatskim područjima. Brzina i pravac vetra mogu varirati dnevno, na čas i sezonski. Na primer, vetrovi su jači tokom dana nego tokom noći.  U predelima umerene klime vetar teži da bude jači tokom zime nego tokom leta. Stoga, turbine na vetar imaju ekonomski smisao ako, u proseku, vetar duva minimalno brzinom od 16 do 20 km/h veći deo kalendarske godine. Vetar koji duva manjom brzinom ne može da pokreće velike propelere i time obrće turbine.

Ovim turbinama je potreban relativno veliki otvoreni prostor kako drveće i zgrade ne bi uticale na brzinu vetra. Kritičari farmi vetra tvrde da turbine utiču na migraciju ptica i slepih miševa i da estetski uništavaju predeo i izazivaju nervirajuće treperenje kada se sunčeva svetlost odbija od rotirajućih propelera.

Prvi pisani zapisi o vetrenjačama potiču iz hinduističke knjige iz perioda oko 400 godina pre nove ere. Stotinama godina kasnije grčki pronalazač Hero iz Aleksandrije smislio je motor koji pokreće vetar za stvaranje pritiska vazduha za orgulje. Oko 400. godine nove ere postoje zapisi o točkovima koje su pokretali vetar i voda u budističkim državama u centralnoj Aziji.

Ove sprave su bile ručne vetrenjače koje su sadržale molitve i religiozne tekstove na rolnama od tankog papira obmotanog oko osovine. Osoba je imala pristup molitvam u bilo koje doba (mislilo se da povećanje brzine molitvenog točka pojačava molitve). Rani uređaji su koristili snagu vetra, ali tek mnogo kasnije je razvijena prava upotreba snage vetra kao što danas funkcioniše.

Neki istoričari veruju da su najranije prave vetrenjače, koje su sagrađene da obavljaju posao, napravljene u Kini pre 2000 godina, ali zapisi o tome ne postoje. Prvi zapis o pravim vetrenjačama datira iz 7. veka u Persiji, sadašnji Iran, naročito u provinciji Sidžistan, koja je kasnije postala Afganistan.

Tokom vladavine muslimanskog kalifa Umara I, vetrenjače su napravljene primarno za snadbevanje vodom radi navodnjavanje useva i mlevenje žitarica. Ove vetrenjače možda su stigle do Kine zajedno sa Džingis Kanom. Prvi zapis o kineskim vetrenjačama datira iz 1219. godine, kada je kineski državnik Jelu Ču Čai dokumentovao izgradnju jedne. Posle toga, vetrenjače su postale široko korišćene na obalam Kine.

Oblik ovih vetrenjači iz 7. veka, čiji ostaci i danas postoje u Iranu i Afganistanu, bio je obrnut od modernih vetrenjača. U modernim vetrenjačama osovina je horizontalna i pozicionirana na vrhu vetrenjače. Ranije vetrenjače sa Bliskog Istoka imale su lopatice koje su se okretale na vetru i bile su ograđene u komori na dnu vetrenjače. Lopatice su bile pričvršćene za vertikalnu osovinu, koja je bila povezana za mlinskim kamenom iznad. Rane vetrenjače, koje se i danas koriste, mogu samleti tonu žitarica dnevno i generisati jednu polovinu snage za manji auto.

Tokom Krstaških pohoda, evropski osvajači Palestine verovatno su bili upoznati sa vetrenjačama Bliskog Istoka i uvezli su tehnologiju nazad u Evropu.  Prvi zapis o vetrenjačama u Evropi datira iz 1105. godine u Francuskoj, domu većine krstaša. Postoji i zapis o vetrenjačama u Engleskoj iz 1180. Obe ove vetrenjače su napravljene za pumpanje vode radi isušivanje zemlje.

Iz nepoznatih razloga, Evropljani su postavili lopatice na horizontalnoj osovini. Možda su usvojili dizajn koji su koristili kod vodenica, kod kojih su lopatice na točku bile postavljene na horizontalnoj osovini. Neke vetrenjače iz tog perioda bile su sposobne da podignu više od 60 000 litara vode za sat, koristeći svrdlo koje je podizalo vodu sa nižih nivoa ka višim, gde se voda dalje slala u kanale. Svrdla su delovala kao spiralne stepenice koje su podizale vodu na gore kako se vetrenjača okretala. Ove vetrenjače često su bile postavljene u redovima tako da je isušivanje moglo da se odvija u fazama, naročito iz nižih ka višim nivoima.

Veći deo Holandije se nalazi ispod nivoa mora i holanđani su koristili vetrenjače da isuše zemlju i melju žitarice. Do 14. veka Holandija je usvojila nove tehnologije vetrenjača. Jedna od njih sastojala se od mlina sa četiri lopatice postavljenog na centralno vratilo. Drveni zupčanici prenosili su snagu vratila na tocilo. Tocilo se okretalo i mlelo žitarice. Druga vrsta vetrenjača, koja vodi poreklo sa  Mediteranske obale u 13. veku, sastojala se od stuba za mlevenje postavljenog na vrhu višespratog tornja. U ovaj toranj smeštena je mašinerija za mlevenje i u sebi je imao prostor za skladište žitarica, kao i sobe za spavanje. Ovaj tip vetrenjača se najčešće može naći u Holandiji.

Glavna briga operatera za vetrenjačama bila je da obezbede da se mlin pozicionira ispravno u odnosu na vetar. Ovaj zadatak je bio obavljen korišćenjem velike poluge iza vetrenjače kojom se usmeravaju lopatice ka vetru. Lopatice su bile napravljene od rešetkastih okvira preko kojeg se postavljalo razvučeno platno. Do 1600. godine, vetrenjače su se toliko proširile Holandijom da je holandski biskup, uvidevši šansu za povećanje fondova za crkvu, objavio godišnji porez za vlasnike vetrenjači.

Do kraja 19. veka u Evropi je radilo najmanje 30 000 vetrenjača. Ove vetrenjače nisu se koristile samo za isušivanje zemlje i mlevenje žitarica već za pokretanje pilana i za druge industrijske primene, uključujući obradu poljoprivrednih proizvoda (začina, kakaa, duvana, …).

Sledeći korak u razvoju energije vetra bila je elektrifikacija. Sve do kasnog 19. veka vetrenjače su proizvodile samo mehaničku snagu (energiju) za pumpanje ili mlevenje. Sa pojavom električne energije, dizajneri i inženjeri brzo su prepoznali da električni generator može da se priključi na vetrenjaču i da dobijena energija može da se iskoristi za grejanje ili osvetljenje.

Prvu vetrenjača koja je generisala električnu energiju u većem obimu napravio je Čarls Braš 1888. u Klivlendu, Ohajo.

OD 1890. do 1930. industrija vetrenača u SAD je procvetala. Podsticaj tom rastu je bilo istaknuto mesto koje su električne vetrenjače imale na sajmu u Čikagu 1893. Električno svetlo nije bilo često u domovima 1893. većina je koristila gasne lampe. Ljudi su bili zadivljeni kako je moguće od jeftinog izvora energije dobiti novo čudo koje im je dostupno.

Od 1930-tih do 1970-tih godina u SAD ugalj i nafta bili su relativno jeftini i malo interesovanje pokazivalo se za energiju vetra. U Rusiji je 1931. izgrađen vetro-generator od 100 kW. Tokom jednogodišnjeg rada ovaj generator proizveo je 279 000 kWh snage.

Od sredine 30-tih do 70-tih napravljeni su komercijalni vetro-generatori u Danskoj, Engleskoj, Nemačkoj i Francuskoj. U ovim državama je vladala nestašica fosilnih goriva i drugih stvari zbog štete nanete u Drugom svetskom ratu.

Tokom 1970-tih izgledalo je kao da su SAD spremne da naprave značajne investicije u energiju vetra, jer je 1973. na situaciju u energetici uticao arapski naftni embargo. Ipak, kasnih 1980-tih bilo je izuzetno teško da se nađu izvori finansiranja za korišćenje energije vetra. Mnogi ljudi ostali su neubeđeni da snaga vetra može obezbediti značajnu količinu električne energije.

U svakodnevnim diskusijama o alternativnim oblicima energije većina ljudi pravi razliku između energije vetra i solarne energije. Sa jedne tačke gledišta, ipak, ova razlika je neophodna jer vetar koji pokreće turbine je sam po sebi oblik solarne energije.

Zemlja absorbuje ogrmne količine energije sa sunca: 1,74×10**17 kWh ili 174.423.000.000.000 kilovata svakog sata. Iako okeani i kopno absorbuju veći deo ove energije, dobar deo absorbuje atmosfera.

Energija koja dolazi sa sunca ne udara podjednako Zemlju. Vazduh oko ekvatora absorbuje više energije nego onaj na polovima. Ova razlika izaziva da se vazduh, fluid, pokreće u strujama. vazduh, kao svaka druga substanca se širi kada se zagreva i sakuplja kada se hladi. Topao vazduh, manje gustine nego hladan vazduh, je lakši i podiže se isto kao i parče drveta u vodi. Ovaj efekat se može posmatrati na toplom vazduhu iznad vatre koji izgleda kao da svetluca kako se širi i pomera na gore noseći dim i pepeo. Hladan vazduh, zbog sakupljanja, je gušći nego topliji vazduh koji ga okružuje, tako da tone. Ova osobina objašnjava zašto hladnjak radi mnogo bolje kada se nalazi na dnu frižidera i zašto su podrumi uvek hladniji nego gornji spratovi.

Kako se topao vazduh podiže, hladniji, teži vazduh teče unutra da bi ga zamenio izazivajući vazdušno strujanje ili drugačije rečeno vetar. Ako se Zemlja ne bi okretala oko svoje ose, vazduh iznad ekvatora bi se dizao samo 10 km u atmosferu i strujao ka severnom i južnom polu gde bi se hladio i tonuo i na kraju vraćao ka ekvatoru. Rotacija Zemlje omogućava vetru da cirkuliše u manje-više predvidivim obrascima preko severne i južne hemisfere. Ovi vetrovi sadrže ogromne količine kinetičke energije ili  energije sadržane u svakom telu fluida koji se nalazi u kretanju. Oko dva procenta solarne energije koja udari na Zemlju se konvertuje u vetar. Iz raznih razloga, uključujući revoluciju Zemlje i osobine zemljišta (terena), neki delovi Zemlje imaju više vetra nego drugi.

Glavne prednosti snage vetra su da je čist, siguran i neograničeno obnovljiv izvor energije. Gorivo koje pokreće turbine je besplatno tako da njegova cena neće varirati. Snaga vetra ipak ima dosta mana. Brzina vetra nije konstantna tako da dotok snage nije uvek isti kao zahtevi potrošača. Zbog razdaljine dobrih lokacija za turbine od urbanih predela postoji problem distribucije energije.

Energija vetra je čista i obnovljiva, ali isto tako podiže zabrinutost o zaštiti životne sredine. Farme vetrogeneratora zahtevaju velike površine zemlje ili moraju biti postavljene na ekološki osetljiva područja kao što su pustinje ili na obale. Mnogi ljudi smatraju farme vetra ružnim prizorom ili oblikom vizuelnog zagađenja. Glavna ekološka briga je efekat farmi na obrasce migracije ptica. Mnoge ptice nastradaju usled letenja u blizini lopatice turbina.

Troškovi generisanja električne energije od vetra se stabilno smanjuju. Struja dobijena energijom vetra košta od oko 4 do 6 centi ($) po kWh, što čini energiju vetra konkurentnom sa ostalim oblicima generisanja električne energije.

Ovaj uticaj je sličan uticaju koji imaju drugi oblici obnovljivih goriva. Oko 2 milijarde ljudi širom planete nemaju električnu energiju. Mnogi od njih žive u predelima gde je povezivanje u električnu mrežu veoma skupo. Snaga vetra može biti alternativa za dobijanje energije ovim ljudima, poboljšavajući njihov način života.

Snaga vetra može oblikovati način na koji ljudi misle o električnoj energiji i njenoj ulozi u nacionalnom distributivnom sistemu. Većina električne energije se dobija uglavnom iz velikih postrojenja koja su često dalake od domova ili komercijalnih potrošača. Snaga vetra, najmanje u bliskoj budućnosti, će biti generisana bliže domovima, u zajednicama i čak na komšijskom nivou.

Fosilna goriva postaju sve skuplja i uskoro potrošena, a alternativna energija uključujući vetar, sunce, plime i talase. Generisana lokalno može doprineti u smislu pripadnosti ljudi zajednicama radije nego na velikoj anonimnoj skali. Odluka o snadbevanju energijom i distribuciji može biti bliža domu kao odgovor na lokalne potrebe.