ИСКОРИСТУВАЊЕ НА ЕНЕРГИЈАТА НА ВЕТРОТ ВО ЗЕМЈОДЕЛСТВОТО. Проф. д-р Влатко Стоилков

ИСКОРИСТУВАЊЕ НА ЕНЕРГИЈАТА НА ВЕТРОТ ВО ЗЕМЈОДЕЛСТВОТО Проф. д-р Влатко Стоилков 1

Содржина 1. Вовед 4 1.1. Потреба од пристап кон електрична енергија 5 1.2. Главни проблеми во руралните средини 5 1.3. Видови обновливи извори на енергија 6 2. Предности при користење на енергијата на ветрот 9 2.1. Можности за примена на ветрогенераторски системи во Република Македонија 11 2.1.1.Примена на ветрогенератори за производство на електрична енергија 12 2.1.2.Директно искористување ветропумпни системи 14 2.1.3.Примена во хибридни системи (ветар сонце, ветар вода) 16 2.1.4. Директно искористување за загревање 18 3.Мерење на брзината на ветрот 19 3.1.Ветар, што е тоа? 20 3.2.Локални ветрови 20 3.3.Мерење на брзината на ветрот 21 3.4.Енергија на ветрот 22 3.5.Густина на ветрот 23 3.6.Површина опфатена со роторот 23 3.7.Брзина на ветрот 24 4. Големина на турбината 24 5. Пресметување на излезната енергија 26 5.1. Опфатена површина 27 5.2. Крива на моќност 29 5.3. Проценки на производителите 30 5.4. Зголемување на ефикасноста 31 6. Економска исплатливост на ветрените турбини 32 6.1.Цена на енергијата и период на поврат на средствата 32 6.2.Економски фактори 33 7. Заклучок 35 Користена литература 36

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството ИСКОРИСТУВАЊЕ НА ЕНЕРГИЈАТА НА ВЕТРОТ ВО ЗЕМЈОДЕЛСТВОТО 1. ВОВЕД Немањето можност за стаби лен и евтин пристап до електроенергетскиот систем (ЕЕС) во руралните средини значително ги намалува можностите за развој на многу продуктивни гранки во земјоделството. Стабилните и евтините извори на електрична енергија се клучни за многу земјоделски култури, како за одгледување така и за преработка на одредени продукти. Доведувањето електрична енергија или воопшто обезбедувањето енергенси за овие средини е важен исчекор кон осовременувањето, квалитативното и квантитативното подобрување на про изводството во земјоделството како инду стриска гранка. Како и да е, во многу рурални средини, конвенционалниот начин на добивање електрична енергија, преку поврзување со локалниот ЕЕС, е недостапен. Причините за недостапноста кон енергетската мрежа можат да бидат економски или технички. За среќа, постојат веќе докажани алтернативи на конвенционалните извори на енергија што се економски и технички достапни за корисниците, дури и во изолираните рурални средини. Обновливите извори на електрична енергија се најдобра алтернатива на конвенционалните извори на енергија и значително ги подобруваат условите за работа и за живот во руралните средини. Во овој прирачник се истражени можностите за внесување практични енергетски технологии кон продуктивноста, пред сè кај земјите во развој. Застапени се најважните гранки на земјоделството полјоделството и сточарството. Овие гранки се заслужни за 20-60% од домашниот брутопроизвод (БДП) во многу од земјите во развој. Затоа во овој прирачник се прикажани најразлични начини на имплементирање на обновливите извори на енергија, пред сè на ветерната енергија во руралните средини. 4

Проф. д-р Влатко Стоилков 1.1. ПОТРЕБА ОД ПРИСТАП КОН ЕЛЕКТРИЧНА ЕНЕРГИЈА На глобално ниво, мнозинството од населението што живее и работи во руралните средини нема пристап кон електрична енергија. Грубо речено, една третина од луѓето во светот живеат без пристап кон електрична енергија, или, пак, квалитетот на снабдувањето е незадоволителен (низок напон, прекини во снабдувањето, варијации на фреквенцијата и сл.). Електричната енергија е главен предуслов за стабилен економски развој. Затоа се потребни инвестиции во оваа сфера, пред сè за модернизирање на производните процеси. Кога станува збор за Република Македонија, може да се каже дека степенот на електрифицираност на населените места е на високо ниво од аспект на мрежното покривање, но постојат извонредно големи потреби и можности за подобрување на квалитетот на снабдувањето со електрична енергија во електрифицираните населени места. Но, кога станува збор за локалитети и објекти како што се, на пример, фарми за одгледување добиток и живина, бачила во планински предели, големи полјоделски површини и слично, можностите за имплементација на обновливите извори на енергија се практично неограничени: најчесто на овие локации е присутен еден или повеќе обновливи извори на енергија (ОИЕ), како, на пример, ветар, сонце, биомаса, геотермална енергија или биогас, додека електричната мрежа е недостапна или прилично оддалечена, а со тоа, и релативно скапа како инвестиција. Со примена на современите технологии за конверзија на енергијата од различните видови ОИЕ може многу да се подобри квали тетот на животот во овие средини, а, исто така, да се зголемат и продуктивноста и квалитетот на земјоделското производство. 1.2. ГЛАВНИ ПРОБЛЕМИ ВО РУРАЛНИТЕ СРЕДИНИ Како што е наведено погоре во текстот, постојат алтернативи на конвенционалните електроенергетски мрежи: инсталирање локална микромрежа со еден или повеќе генератори, или, пак, употреба на индивидуални системи кои снабдуваат со енергија специфичен објект. Доколку корисниците на електрична енергија имаат пристап кон енергетската мрежа, најчесто тоа е нивен прв избор. Но, секако, треба да се напомне фактот дека во оддалечените рурални средини неквалитетното снабдување со електрична енергија може да предизвика огромни штети. Прекините во снабдувањето предизвикуваат прекини во производството и потреба од купување скапи уреди со кои ќе се обезбеди перманентно снабдување со електрична енергија. Затоа проценката на квалитетот на изворите на електрична енергија е многу важна за сите корисници. Обновливите извори на енергија, во кои се вклучени соларната, ветрената, геотермалната, биомасата и др., се употребувани на глобално ниво за производство на електрична енергија и се приспособени за употреба во мали независни системи. Има огромен напредок и кај хибридните системи, кои ги обединуваат обновливите извори на енергија (најчесто соларната и ветрената) и фосилните горива (дизел, гас и сл.). Тие се сè позастапени ширум светот, поради можноста за обезбедување непрекинато напојување со електрична енергија. 5

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството 1.3. ВИДОВИ ОБНОВЛИВИ ИЗВОРИ НА ЕНЕРГИЈА Соларната енергија ги вклучува процесите за производство на топлина, електрична енергија и биомаса што може да се претвори во топлинска или механичка енергија. Соларната енергија во земјоделските стопанства може да се користи за: сушење, производство на мраз, ладење, загревање вода и др. примена од автономни (островски) системи, до системи приклучени кон електроенергетската мрежа. Слика 1.1., 1.2. Користење соларна енергија во рурални средини Енергијата на ветрот се користи веќе неколку милениуми за добивање механичка енергија за најразлични намени. Ветрените турбини што се користат за испумпување вода се развиени да можат да ја претворат енергијата на ветрот во механичка, со чија помош се добива вода за пиење или за наводнување. Модерните ветрени турбини произведуваат елек трична енергија од неколку стотици вати до неколку мегавати по инсталирана единица, во опсег на Слика 1.3., 1.4. Користење на енергијата на ветрот за испумпување вода Биомасата вклучува користење оста тоци од производството на ше ќер, кафе, ориз, памук, како и од земјоделството, сточарството, шумарството, преработката на дрво и слично. Со нивно 6

Проф. д-р Влатко Стоилков согорување се добива топлинска енергија што може да се користи директно, или индиректно, по пат на конверзија во електрична енергија за различни потреби. Номиналната моќност на овие системи е во граници од неколку стотици киловати до неколку десетици мегавати. Процесот на конверзија на енергија вклучува согорување, гасификација, ферментација и сл. Слика 1.6. Геотермален извор Слика 1.5. Добивање биогориво со согорување на биомаса Геотермалната енергија подразбира користење геотермална топла вода за различни потреби, вклучувајќи обла сти на примена од директно загре вање до добивање електрична енергија во опсег од стотина киловати до десетина мегавати. Притоа, водата и пареата со повисока температура (преку 100 0 С) може да се користат за придвижување на турбини, кои притоа би произведувале електрична енергија. Извори со пониска топлина се користат за директна употреба на топлата вода, односно за загревање на оранжерии и објекти, за сушење, за дехидратација на овошје и сл. Овие системи, исто така, може да се користат и за климатизација, користејќи специјализирани уреди за климатизација што користат топла вода. Микро и мали хидроцентрали: со користење на моќта на водата од најмалата река што е достапна во околината, со поставување мала брана, овој обновлив извор на електрична енергија може да обезбеди производство на моќност од неколку вати до неколку мегавати. Главна предност кај микрохидроцентралите е ниската цена на инсталирање, постојаноста во работењето, можноста за автоматизирано работење и сл., додека како ограничувачки фактор се јавува нивната мала излезна моќност. Слика 1.7. Мала хидроелектрична централа 7

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството Табела 1. Примена на обновливите извори на електрична енергија во земјоделството Област на примена во земјоделството наводнување инкубација на јајца од живина прскалки вода за добиток електрични огради безбедносно осветлување на фарми вентилација на оранжерии сушење и процесирање на кафе осветлување Вид обновлив извор на енергија ФВ 1), ветрени турбини и микрохидроелектрични централи ФВ, загревање со помош на геотермални извори сите извори на енергија ФВ и ветрени турбини за напојување на пумпи и грејни тела за спречување на мрзнење добивање висок напон со мали вредности на струјата од ФВ и ветрени турбини ФВ/батерии (типично низок еднонасочен напон) ФВ придвижени вентилатори остатоците од обработката на кафе може да се користат како биогориво флуоресцентни и енергетски ефикасни светилки, ЛЕД-светилки Максимална потребна моќност (kw) 1-3 0,5-1 0,02-0,1 (на пример, за напојување на ограда со должина од 15 km се потребни околу 50 W) 0,05-0,5 0,1-1 0,2-3 пумпање вода ветрени турбини, ФВ 0,5-3 аквакултури (рибници) ветрени турбини, ФВ 0,2-1 батерии за фенери осветлување за вечерен 0,01-0,02 наполнети со помош на риболов ФВ (по светилка) пестицидно дејство електрични стапици 0,01-0,02 (фенери) напојувани од ФВ и ВТ (по светилка) 2) фрижидери за ветеринарна употреба ФВ 0,05-0,1 фрижидери за општа намена (овошје, зеленчук, месо...) ВТ или ФВ-хибридни системи 0,5-10+ 8

Проф. д-р Влатко Стоилков Област на примена во земјоделството фрижидери за складирање млеко и млечни производи производство на мраз (најчесто за складирање риби) телекомуникации (за информации на корисникот) радио-телевизиски информации обработка на пченка, ориз и сл. Вид обновлив извор на енергија ВТ со фосилен уред за поддршка (нафта, гас и сл.) ВТ 2-10 телефони со опција за полнење со помош на сончева енергија ФВ, ВТ и нивни хибридни изведби ФВ, ВТ и нивни хибридни изведби Максимална потребна моќност (kw) 0,5-2 Постојат и други обновливи извори на енергија (енергија на бранови, тидална прилив и одлив и сл.), но горенаведените се најдостапни, најлесни за употреба, најпостојани и најприфатливи за држави без излез на море, каква што е Р. Македонија. Нивната примена е особено поволна во руралните средини, каде што може да се одбере еден извор што е најдостапен, или да се постави хибриден систем со два или со повеќе извори заради поголема сигурност во снабдувањето. Обновливите извори може да се користат за најразлични намени: производство на електрична енергија, директно напојување на електрични огради (кај големи фарми за одгледување добиток), полнење на системи за наводнување и одводнување (пумпање вода), снабдување на добитокот со вода, сушење на земјоделски производи, ладење, греење, вентилација и др. 2. ПРЕДНОСТИ ПРИ КОРИСТЕЊЕ НА ЕНЕРГИЈАТА НА ВЕТРОТ Енергијата1 на ветрот претставува бесплатна, а со примена на современите технологии и енергија што е мошне едноставна за искористување за разли чни цели. Откако ќе се произведе и инсталира една ветрена турбина, таа не произведува гасови што преди звикуваат ефект на стаклена градина, или какви било други загадувања на животната средина. Иако ветрените турби ни се доста високи, површината на зафатеното земјиште е релативно мала, што значи дека сè уште останува значителен дел од 1 ФВ фотоволтаици; 2 ВТ ветрени турбини. земјиштето што може да се искористува и покрај работењето на турбината. Ова е осо бено важно во средини каде што земјиштето се користи за одгледување земјоделски култури. Можноста за искористување на земјиштето и по инсталирањето на ветрогенераторските и ветропумпните единици е една од компаративните предности во однос на соларните термални и фотоволтаични системи. Исто така, голем дел од луѓето ги гледаат ветрените турбини како интересен дел од пејзажот. Како особена предност при искористувањето на 9

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството 10 ПРИРАЧНИК енергијата на ветрот ЗА се гледа можноста да се произведе енергија на места што ЗАИНТЕРЕСИРАНИ КОРИСНИЦИ не се поврзани на електроенергетскиот ЗА ТЕХНОЛОГИЈА ЗА БИОГАС систем. Ветре ните турбини имаат важна улога во развиените земји, а и во земјите во развој, каква што е Македонија. Ова доаѓа од фактот што самите турбини НА СТОЧАРСКА ФАРМА се достапни во најразлични големини, со што опфаќаат огромен број луѓе и бизниси кои би биле заинтересирани за искористување на обновливите извори на енергија. Оттука следува дека ветрените турбини би можеле да се искористат како за мали куќи, фарми и слично така и за мали гратчиња и села што не се дел од ЕЕС, или имаат проблеми со снабдувањето и квалитетот на испорачаната електрична енергија поради оддалеченоста од главните извори на енергија во системот. Покрај ова, искористувањето на енергијата на ветрот отвора и други придобивки и можности: отворање нови работни места, преку вработување луѓе што би биле задолжени за изградба, приспособување или одржување на ветрената турбина и сл. Можност за вработу вање имаат метеоролози, гра де жни работници, машински и електроинженери... Статистички гледано, за секој инсталиран мегават моќност од ветрена енергија се отвораат приближно дваесет нови ра-бо тни места. Ветрената индустрија, гледано на глобално ниво, е способна да произведе најмалку 12% од вкупната енергија до 2020 година, дури и двојно да се зголеми побарувачката на електрична енергија. Енергијата на ветрот е најбрзорастечкиот тип енергија во последнава декада, при што најбрз пораст се забележува во Европа, каде што е најголем процентот на енергија добиена како резултат од користењето ветрени турбини. Главен удел во брзиот развој на енергијата на ветрот има намалувањето на цените на изградба на ветрени турбини, како и субвенциите од државите. Доколку ветрената турбина се користи за производство на електрична енергија, се заштедуваат огромни средства само поради фактот што целосно или делумно корисникот се ослободува од месечните сметки за електрична енергија. Исто така, во случај на при суство на електрична мрежа, кори сникот е во можност да го пренесе вишокот електрична енергија кон неа, со што профитот од искористувањето на овој тип енергија би бил уште поголем. Значи, преку еднократна по че тна инвестиција, корисникот ги исплаќа скоро сите финансиски сред ства потребни за снабдување на одреден објект со електрична енергија, за целиот експлоата циски век на турбината. Исто така, важно е да се напомне дека корисникот не е засегнат од проблемите што настануваат во електроенергетската мрежа. Времето на поврат на почетната инвестиција за мали Ветерни турбини наменети за добивање еле ктрична енергија е приближно седум до десет години, а по изминувањето на овој период, корисникот е во целосна добивка, би дејќи електричната енергија е бес платна, а трошоците за тековно од ржу вање се незначителни. Производството на електрична енер-гија од конвенционалните извори на енергија е директно поврзано со емисијата на 76% од емисиите на SO 2 само во југоисточниот дел на САД и скоро половина од емисијата на CO 2. Инвестирањето во енергијата на ветрот може драстично да го намали нивото на штетни гасови што се испуштаат во атмосферата, како последица од намалувањето на потребата од користење фосилни горива за доби вање енергија. Тоа значи дека користењето на енергијата од ветрот

Проф. д-р Влатко Стоилков доведува до почист воздух, поздрава и побезбедна животна средина. Енергијата на ветрот е технологија што може да се одржува и развива долг период. Како обновлив извор на енергија, нема да ги загадува водата и воздухот и нема да создава отпад што би се зголемувал од година на година. Енергијата на ветрот може да се користи ефикасно со години, без загрозување на животната средина во која ќе растат следните генерации. Ветрените турбини не произведуваат никакви продукти штетни за животната околина и притоа користењето на една единствена турбина може да доведе до намалување на емисијата на штетни гасови од илјадници тони на годишно ниво. Со тоа, енергијата на ветрот претставува главна алатка за намалување на нивото на штетни гасови што се испуштаат секојдневно во атмосферата. 2.1. МОЖНОСТИ ЗА ПРИМЕНА НА ВЕТРОГЕНЕРАТОРСКИ СИСТЕМИ ВО РЕПУБЛИКА МАКЕДОНИЈА Користењето на мали ветрени турбини на подрачјето на Р. Македонија, особено во руралните средини и земјоделските стопанства, може да има големо значење за натамошниот раст на економијата и на екологијата. Преку користење обновливи, чисти извори на енергија се намалува зависноста од конвенционалните извори, кои во околината испуштаат огромни количества штетни гасови. Преку соодветни мерења може да се забележи дека силата на ветрот што се јавува во руралните средини е сосема доволна за поставување мали ветрогенераторски единици. Конкретно, енергијата на ветрот на подрачјето на РМ може да се користи на повеќе начини, меѓу кои како најважни се издвојуваат: производство на електрична енер гија (ЕЕ); директно искористување во ветропумпни системи; примена во хибридни системи (ветар сонце, ветар вода); директно искористување за затоплување, за вентилација и сл. Во овој прирачник основното внимание ќе биде задржано на самостојните (независни) системи карактеристични за локации оддалечени од преносната електроенергетска мрежа и за кои е економски неоправдано инвестирањето во инфраструктура за мре жно поврзување. Системите што не се поврзани со главниот ЕЕС се земени во преден план поради фактот што, по последните истражувања, покажано е дека дури 50% од руралните средини во светот немаат пристап до ЕЕС. Прикажано во бројки: дури две милијарди луѓе ширум светот живеат во неелектрифицирана околина. Со тоа, поставувањето на ветрогенераторските системи (ВГС) во руралните средини, како кај нас така и ширум светот, претставува огромен пазар. Главниот проблем се јавува во земјите во развој, па така, производителите на мали ВГ, како и владите на државите засегнати од овој проблем, изготвуваат планови за нивно имплементирање. Знаењата добиени од овие земји подоцна би се имплементирале и во веќе развиените, економски стабилни држави. Ова произлегува од фактот што разликата во руралните средини во развиените и во земјите во развој 11

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството е многу мала. Република Македонија во овој поглед не претставува исклучок. Иако во последниве години е направен напредок во снабдувањето со ЕЕ на малите села низ државата, сепак, постојат многу локации, пред сè земјоделски или сточарски, што немаат пристап до ЕЕ. Голем дел од нив се наоѓаат во планински подрачја, оддалечени од електроенергетската мрежа, но каде што вообичаено интензитетот на ветрот е значителен. 2.1.1. Примена на ветрогенератори за производство на електрична енергија ЕЕС се: можност за пренесување на вишоците на ЕЕ, напојување на самиот објект при услови на недостиг или отсуство на ветар, финансиски добивки поради субвенционирани цени на откуп на ЕЕ произведена со обновливи извори на енергија итн. Но, не е секогаш возможно поврзување на ветрогенераторскиот систем кон електрич ната мрежа, што, секако, не е причина да се одбегнува да се изгради. Со цел да се обезбеди поголем степен на доверливост на системот, се вклучуваат и дополнителни агрегати, како и соодветни батерии во кои се складира вишокот енергија во услови на ветар, и тој би можел да се искористи во период кога недостига електрична енергија. Производството на ЕЕ со конверзија на енергијата на ветрот е, во принцип, можно на два начина: со поврзување кон ЕЕС, во независен систем или во комбиниран систем, во кој еден дел од произведената електрична енергија се користи за сопствени потреби, а вишокот (недостатокот) се испорачува (надополнува) на (од) мрежа. Најчесто самиот ветрогенератор се поставува на одредена висина (20-30 m), поради тоа што на таа висина ветрот е значително посилен и со релативно помали турбуленции. Оттаму тој се поврзува кон систем од енергетски преобразувачи, со кои најпрвин се добива еднонасочен напон, односно струја, а потоа, по потреба, со помош на инвертор се генерира наизменичен напон со потребна фреквенција. По добивањето на наизменичниот напон, системот се поврзува со домаќинството, а преку мерен уред и кон главната мрежа. Упростената блок-шема за комбинираниот начин на поврзување е прикажана на сликата 1. Предностите во случај ВГС да е поврзан со главниот Слика 2.1. Блок-шема за поврзување на ВГ во комбиниран систем 12

Проф. д-р Влатко Стоилков Слика 2.4. Користење на ветрената Примери каде се користатенергија ветрени турбини за во телекомуникациски систем добивање електрична енергија Слика 2.2. Напојување на електрична ограда Слика 2.3. Полнење на батерии на брод Слика 2.4. Користење на ветрената енергија во телекомуникациски систем 13

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството 2.1.2. ДИРЕКТНО ИСКОРИСТУВАЊЕ ВЕТРОПУМПНИ СИСТЕМИ Со векови енергијата на ветрот се користи за испумпување вода. Во моментов постојат повеќе од еден милион ветропумпни системи (ВПС) во употреба во светот. Но, во денешно време се нудат многу повеќе видови ветропумпни системи, за разлика од пред само неколку години: едноставни механички ветрени пумпи и ветроелектрични пумпи. Двата типа имаат свои предности и недостатоци. со нерамномерната брзина на ветрот. Друга важна карактеристика што ги одделува овие две изведби е и положбата на која тие се поставуваат. Имено, механичките ветропумпи мора да се постават директно над местото од каде што се испумпува водата, додека ветроелектричните се поставуваат онаму каде што му е најпотребно на корисникот и притоа поврзувањето се врши мошне едноставно, со користење кабел меѓу ВТ и моторот со кој се врши испумпувањето. Механичките ветрени пумпи (МВП) вршат директно преобразување на енергијата на ветрот во механичка, преку преносен механизам кој го поврзува роторскиот со пумпниот систем. Тие сè уште наоѓаат широка примена поради фактот што за нивно придвижување е потребен низок интензитет на ветрот, поради големиот број перки. Но, дали користењето на овој тип ВПС е оправдано, зависи од брзината на ветрот, од длабочината/висината од/на која треба да се испумпува водата и од количеството на водата што се испумпува. Ветроелектричните пумпи обединуваат ветрогенераторски сис ем, кој служи за конверзија на енергијата на ветрот во електрична, и моторно-пумпен систем, кој врши конверзија на електричната енергија во механичка. Механичките ветрени пумпи се поевтини за околу 10% од ветроелектричните, но при иста моќност определена со дијаметарот на роторот, механичките пумпи ќе испумпуваат двојно помало количество вода од ветроелектричните. Ова се должи на подобрувањето на аеродинамичните својства на модерните ВТ и на подобрената усогласеност на роторот Слика 2.5. Изведба на механичка пумпа, со која се извлекува водата при услови на ветар и се складира во резервоар За разлика од поранешните изведби, кога ветроелектричните пумпи кори с теле батерии и инвертори, модерните ветроелектрични пумпи се во можност директно да го придвижуваат соодветниот мотор. Клучен за овој напредок е развитокот на електрониката, со чија помош се овозможува приспособување на моторот 14

Проф. д-р Влатко Стоилков во однос на моќноста достапна за различни брзини на ветрот. Напредокот во електрониката продолжува и во денешно време и се очекува цената на овие контролери двојно да се намали, со што користењето на ветроелектричните пумпи би земало уште поголем замав. Во табелата 2.1 се прикажани резул татите од работењето на ветрени турбини со различен дијаметар на роторот. Како што може да се заклучи, вкупниот капацитет на ветрените турби ни значитетелно расте со дијаметарот на роторот. Па така, доколку за пример земеме испумпување на вода што се наоѓа на длабочина од 15 m, ветрена турбина со дијаметар на роторот од 2,4 m испумпува 2765 литри за време од еден час, додека турбина со дијаметар на роторот од 6 m може да испумпа 33 315 литри. Јасно се гледа дека разликата е поголема од десет пати. Вкупниот капацитет на ветрените турбини што се прикажани во табелата зависи и од брзината на ветрот, па така: за ветрови со мала брзина (1,6-4,5 m/s), капацитетот би бил намален на 25% од максималниот прикажан во табелата; за ветрови со средна брзина (4,9-7,6 m/s), капацитетот се намалува на 50% од максималниот; за ветрови со номинална брзина (8-8,9 m/s), ветрените турбини рабо тат со максимална моќност и со капацитет прикажан во табелата. Доколку брзината на ветрот се зголеми на повеќе од 11,8 m/s, автоматската регулација ќе го намали или целосно ќе го запре работењето на ветрената турбина од безбедносни причини. Слика 2.6. Поврзување на ветрена турбина и пумпа преку преносен механизам Слика 2.7. Поврзување на ветрена турбина и пумпа преку електрична врска 15

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството Табела 2.1. Капацитет на испумпување вода со помош на ветропумпен систем, во зависност од дијаметарот на роторот при брзина на ветрот во опсег 8-8,9 m/s Капацитет на испумпување дијаметар на роторот (m) 2,4 3,6 4,8 6,0 длабочина на пумпање (m) максимален капацитет (l/час) 60 570 35 990 20 1 780 15 2 765 10 3 975 6 6 435 3 12 500 130 570 80 990 50 1 780 30 2 765 20 3 975 12 6 435 7 12 500 310 570 185 990 110 1 780 70 2 765 50 3 975 30 6 435 15 12 500 370 1 140 185 2 445 80 5 225 40 11 360 15 33 315 5 92 365 1 533 750 Слика 2.8. Ветрена пумпа со радиус на роторот од 4,8 m 2.1.3. Примена во хибридни системи (ветар сонце, ветар вода) слободно може да се каже дека поврзувањето на енергијата од ветрот и соларната енергија претставува совршена комбинација. Двата извора можат совршено да функционираат заедно. Тие се заемно комплементарни: кога нема сонце, најчесто има ветар, ветрот го има во ноќните часови итн. На тој начин, не само што го подобруваат функциoнирањето на системот туку и водат кон подобар економскоефикасен сооднос, од кој било од овие два система кога би функционирале одделно. Повеќето од домовите што не се директно поврзани со ЕЕС започнуваат со инсталација на неколку фотоволтаични панели, кои се лесни за инсталирање 16

Проф. д-р Влатко Стоилков и нивната цена е достапна за повеќето домаќинства. Мал систем може да користи двa или повеќе панели (поврзани сериски или паралелно), неколку батерии и неколку 12 или 24-волтни DC-уреди. До скоро време приклучувањето на ветрена турбина кон овој систем беше проблематично, поради тоа што дури и најмалата турбина чинеше повеќе од можностите на повеќето домаќинства. Но, во денешно време, со напредокот на микротурбините, кои чинат значително помалку од претходните, хибридните системи ветар сонце се сè подостапни за масовно користење. Ветрената турбина најчесто не е поскапа од 50% од севкупната вредност на еден хибриден систем. Поради фактот што густината на енергија е поголема кај ветрот, инсталирањето и на помала ветрена турбина значително ја зголемува расположливата енергија. Компонентите како батерии и инвертори се многу важни за хибридните системи. Паралелно со развојот на хибридните системи, расте и сложеноста на овие компоненти. Батериите секогаш биле скап и проблематичен дел од еден самостоен систем. Земајќи предвид дека една типична 12-волтна батерија има капацитет од 100 ампер-часови и чини околу 100 евра, може да се пресмета цената по акумулиран kwh електрична енергија. Имено, вкупната акумулирана енергија во батеријата е во количество од околу 1,2 kwh. Енергијата што може да се добие од целосниот капацитет на батериите не е поголема од 50%, поради намалување на нивната ефикасност. Работниот век на батериите е, исто така, ограничувачки фактор. Имено, една батерија има работен век од приближно 2000 циклуси на полнење и празнење. По исполнувањето на овој број, батериите, во принцип, се сè уште употребливи, но со намалена ефикасност. Доколку батеријата дава 50% од целосниот капацитет за време на циклусите, ќе даде вкупна енергија од 1000 kwh за време на работниот век. Одовде следува дека батериите од еден хибриден систем чинат повеќе од 0,1 евро по произведен kwh корисна енергија. Поради висината на овие цени, проектантите прават напори да се намали енергијата што мора да се складира во батерии, со директно искористување на енергијата на ветрот и сонцето, или, пак, со користење на некој од овие обновливи извори во комбинација со фосилен уред за поддршка. Користењето на инверторите во поголемите хибридни системи е неопходно. Со нивното користење, функционирањето на хибридните системи е значително олеснето. Најновите модели се во можност да бидат програмирани да вклучуваат големи потрошувачи при вишок на електрична енергија, да ги исклучуваат кога има недостиг на енергија, или, пак, да стартуваат или запираат дополнителен генератор кога е потребно. Споредба меѓу енергијата на ветрот и сонцето m 2 kwh/ год. макс. kwh/ мес. мин. kwh/ мес. сонце 1 100 12 2,2 ветар 3 1 200 22 12 3 При просечна годишна брзина на ветрот од 4 m/s. 17

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството често пати користењето на енергијата добиена директно од ветрот или преку преобразувачи (ветар електрична енергија топлина) е поисплатливо од приклучување кон ЕЕС. Исто така, во многу рурални средини е поедноставно да се постави еден ваков систем, за разлика од поврзувањето кон мрежата. Слика 2.11. Принципиелна шема на работа на ветрен систем што се користи за загревање Слика 2.9., 2.10. Изведба на хибридни системи ветар сонце 2.1.4. Директно искористување за загревање кај повеќето објекти што се поставени на места со променлива клима најголемиот дел од енергијата се троши за загревање. На многу мес та постои добра корелација меѓу достапноста на енергијата на ветрот и потребата од енергија за загревање. Според тоа, користењето на ветрената енергија за загревање не е ни малку изненадувачко. Промоторите на овој тип енергија се согласуваат дека истите ветрови што ја извлекуваат топлината од објектите може да се користат и за нивно затоплување. Мно гу е важно да се напомне дека Може да се каже дека не секогаш поставувањето на ветрена турбина само за загревање е комплетно исплатливо. На пример, од доцните 70-ти до 90- тите години од минатиот век, овој тип технологија е масовно промовиран во Данска и во САД, но никогаш не е целосно прифатен од корисниците. Главниот проблем е во тоа што многу често е поисплатливо поставување на ветрен систем за повеќе намени, за разлика од поставување на систем што би служел само за загревање. Поради горенаведените предности и недостатоци, постојат многу фирми кои произведуваат и изведуваат ветрени системи што ги имаат двете намени. По барање на корисникот, ветрениот систем може да се нагоди само за делумно или за целосно покривање на потребите за загревање, или, пак, системот да биде поврзан со повеќе потрошувачи од објектот. Многу често, заради зголемување на енергетската ефикасност, за загревање се користат и хибридните системи ветар сонце, кои се објаснети погоре во текстот. 18

Проф. д-р Влатко Стоилков Слика 2.12. Куќа која ја користи енергијата на ветрот за загревање 3. МЕРЕЊЕ НА БРЗИНАТА НА ВЕТРОТ За изведување точна проценка и доверлива техно-економска анали за на одреден проект поврзан со искористувањето на енергијата на ветрот, од основно значење е позна вањето на ветрените услови поврзани со одредена локација. Под ветрени услови се подразбираат брзината и насоката на ветрот во текот на одреден временски период, карактерот на природните и на вештачките препреки во одделните насоки, розата на ветрови и сл. Имајќи ја предвид зависноста на енергијата на ветрот од неговата брзина, за што ќе стане збор нешто подоцна во текстов, веќе и мали отстапувања на брзината на ветрот би довеле до значителни грешки во пресметката на енергетската штедрост. Неретко корисниците на енергијата на ветрот учат многу скапа лекција во врска со искористувањето на оваа енергија. Имено, многу често се прави грешка да се постави ветротурбината без најпрвин да се измери и согледа просечната годишна брзина на ветрот. Поставувањето ветерница на место каде што нема или има малку ветар е исто како да се постави брана на место каде што нема вода. Тие едноставно не работат, или, пак, нивното работење не ги задоволува техно-економските побарувања на корисникот. Ветрот го има насекаде, но не е секогаш доволен. За точно да се определи исплатливоста од еден ваков проект, потребно е да се извршат мерења, а не само корисникот да се води по фактот овде е секогаш ветровито. Во ова поглавје ќе биде објаснето што е тоа ветар, како локалната клима и локалниот терен влијаат на него и како тој се менува со текот на времето. Подетално ќе биде објаснет терминот енергија на ветрот и како брзината и енергијата растат со висината на поставување. 19

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството 3.1. ВЕТАР, ШТО Е ТОА? Атмосферата е огромен мотор што работи на сончева енергија, во кој топлината се пренесува од еден на друг дел од планетата. Притоа, најголемо загревање се јавува во екваторијалниот појас. Загреаниот воздух, како полесен, се крева и го повлекува воздухот од пониските слоеви северно и јужно од екваторот. Затоплениот воздух кога ќе дојде во повисоките слоеви, се лади и се создаваат услови за циркулација на воздухот. Перманентното создавање на зони со намален притисок предизвикува струења на воздухот на глобално и на локално ниво. Овие струења што се појавуваат на земјината површина се она што ние го нарекуваме ветар, работната сила на атмосферата. Откако сончевите зраци ќе пристигнат на земјината површина, најпрво го загреваат горниот слој на копното. Потоа копното ја пренесува оваа топлина во околниот воздух. Топлиот воздух има помала густина од ладниот, па исто како балон исполнет со хелиум се крева нагоре во атмосферата. Ладниот воздух при овој процес се спушта надолу за да го заземе местото на топлиот и притоа и самиот се загрева. Топлата маса што се издигнува по некое време повторно се лади и со враќањето кон ниските слоеви на атмосферата го завршува овој процес. Овој процес се повторува постојано и ќе трае сè додека сончевите зраци пристигнуваат на земјата. Брзината на овој циклус се менува постојано, па така, може да се забележи дека во раните утрински часови брзината на ветрот е најмала, додека во попладневните е најголема. Тоа може да се забележи и од ветрените турбини што се веќе поставени и најчесто се во работен режим во попладневните часови. 3.2. ЛОКАЛНИ ВЕТРОВИ Може да се забележи дека на морските брегови и на бреговите на поголеми езера, брзината на ветрот е значително поголема, поради различното загревање на почвата и на водата. Преку ден сончевите зраци го загреваат копното многу побрзо отколку површината на водата. Водата има поголема специфична топлина и за разлика од копното, може да складира повеќе енергија без промена на температурата. Воздухот над копното повторно се загрева и се движи во погорните слоеви на атмосферата. Ладниот воздух се движи од водата кон копното, со што се добива голема циркулација на воздухот. Овој процес во текот на ноќните часови се менува поради побрзото ладење на копното. Во попладневните часови се јавуваат ветрови со брзина од 5 до 7 m/s, и покрај тоа што тој ден немало ветар. Карактеристично за овие ветрови е фактот што нивниот интензитет значително опаѓа со оддалечувањето од водната површина, па така, влијанието на морските ветрови на само 2-3 km од водната површина е занемарливо. Слика 3.1. Ветрено поле поставено во вода Извор: Offshore park Lillgrund Oresund, siemens.com 20

Проф. д-р Влатко Стоилков Друг тип локални ветрови се рамничарско-планинските, кои, исто така, настануваат поради топлинските разлики. Овие ветрови се најзастапени за време на летните месеци, кога сончевата радијација е најголема. Преку ден сонцето ги загрева подно жјето и страничниот дел на планината. Топлиот воздух се издига по падините и истовремено ладниот воздух го зазема неговото место, предизвикувајќи струење на воздухот. Во вечерните часови, поради побрзото ладење на врвовите на планината, процесот се реверзира и се јавуваат ветрови со поголем интензитет од оние во дневните часови (брзина до 11 m/s). Влијанието на рамничарскопланинските ветрови е поизразено кога се движат во ист правец со доминантните ветрови. Слика 3.2. Брзината на ветрот се зголемува кај врвовите на ниските ридови и значително се намалува кај нивните подножја дури 20%, што значи дека за просечна брзина од 5 m/s, промената може да биде до плус или минус 1 m/s. Брзината на ветрот е, исто така, и променлива во зависност од сезоната. Имено, може да се заклучи дека брзината на ветрот е најмала за време на летото, додека таа расте за време на зимскиот период сè до нејзината најголема вредност, најчесто во раните пролетни денови од годината. Дневните промени на брзината на ветрот зависат најмногу од горенаведените циклуси што наста-нуваат како последица од темпе ратурните разлики. Нивните вли јанија се најзастапени во летниот период (кога загревањето е најизразено), но може да се забележат и во текот на целата година. Пред поставувањето на една ветрена турбина на каков било терен, потребно е да се извршат мерења на брзината на ветрот. Најчесто времетраењето на овие мерења е 1-2 години, со што се добива доволно јасна слика за ситуацијата на теренот. Овие мерења вообичаено се вршат со чашковидни анемометри. 3.3. МЕРЕЊЕ НА БРЗИНАТА НА ВЕТРОТ Ветрот е променлив извор на енергија и како таков може да го има во изобилство одреден ден, а наредниот воопшто да го нема. Брзината на ветрот е променлива во скоро секој момент на мерење. Поради оваа променливост, потребно е да се дојде до просечна брзина за определено време на разгледување, најчесто на годишно ниво. Дури и просечното годишно мерење не е доволно, затоа што од година на година може да варира до Слика 3.3. Чашковиден анемометар 21

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството Најдобар начин за мерење на брзината на ветрот на потенцијално место за поставување на ветрогенераторот е со поставување анемометар на врвот на јарбол со иста висина како и висината на столбот на ветрогенераторот што се планира да се користи. На овој начин се избегнува несигурноста на екстраполацијата на измерените резул тати. Со поставување на анемометарот на врвот на јарболот се минимизира влијанието на јарболот врз движењето на воздухот. Доколку анемометрите се поставуваат странично од јарболот, важно е тие да бидат поставени во доминантната насока на ветрот, со цел да се минимизира влијанието на ветрената сенка (ветрината) што ја создава јарболот. За поставување на уредите за мерење на параметрите на ветрот, со цел да се елиминира засенувањето на ветрот од столбот, најчесто се практикуваат тенки цилиндрични (цевчести) јарболи, а поретко решеткасти столбови. Столбовите се направени во сегменти, кои можат многу лесно да бидат составени (монтирани). Предност на овој концепт на изведба е тоа што јарболот може да се подигне на соодветна висина без да се користи кран. Податоците за параметрите на ветрoт се снимаат на мемориски картички во уреди за собирање податоци (data loggerѕ) и со користење на современата GSMтехнологија се испраќаат во вид на СМСпораки до корисниците. Овие уреди се монтираат во подножјето на мерниот јарбол и се оспособени да работат подолг период со сопствено напојување или со користење фотоволтаични уреди за полнење на батериите. Цената на анемометарот, столбот и собирачот на податоци (data logger) вообичаено изнесува околу 5000 американски долари. Ако во областа има опасност од замрзнување, потребно е да се постави анемометар со систем за греење со можност за поврзување на електричната мрежа. Брзината на ветрот вообичаено се мери на секои 2-5 секунди (т.н. семплирање), а за секои 10 минути се пресметува просечна брзина (се наоѓа средната вредност) за добиените податоци да бидат компатибилни со повеќето стандардни програми (и литература од таа област). Ако се користат различни периоди за наоѓање на средната вредност, би се добиле различни резултати за брзината на ветрот. 3.4. ЕНЕРГИЈА НА ВЕТРОТ Најважната алатка при работењето со енергијата на ветрот, независно дали се работи за проектирање на ветрена турбина или нејзино работење, е разбирањето на факторите што влијаат на енергијата на ветрот. Едноставно речено, ветрот претставува воздух во движење. Од разбирањето на физиката на нештата, секоја материја во движење содржи кинетичка енергија. Воздухот содржи одредена маса. Оваа маса е мала, но доволна за да му овозможи на ветрот да врши корисна работа. Кога ветрот удира на одреден објект, пренесува енергија со цел да го помести од неговата патека. Поместувањето на објектот ја претставува кинетичката енергија што може потенцијално да се искористи. Траги од кинетичката енергија може да се забележат секаде, од поместување на тревата на почвата до поместување на гранките на дрвјата. Енергијата на ветрот е функција од неговата маса и брзина. Слично како автомобил што се движи по автопат, колку е поголема брзината на ветрот 22

Проф. д-р Влатко Стоилков толку е поголема кинетичката енергија што ја поседува. Исто така, кинетичката енергија на ветрот расте со густината на воздухот. Математичкиот израз за кинетичката енергија гласи: E k = mv 2 (1) каде што со m е претставена масата, додека со v е претставена брзината на објектот во движење. Масата на воздухот може да се пресмета како производ од неговата густина (ρ) и неговиот волумен. Поради постојаното движење на воздухот, неговиот волумен се пресметува како производ од брзината (v) и површината (А) што ја поминува за одредено време (t): m v = ρavt (2) Кога ќе ја вметнеме оваа равенка во општата равенка за кинетичката енергија, ќе ја добиеме конечната равенка за енергијата на ветрот: E kv = ρatv 3 (3) Изведувањето на равенката за енергијата е прикажано поради фактот што равенките претставуваат математичка интерпретација на фи зичките појави. 3.5. ГУСТИНА НА ВЕТРОТ Од равенката изведена погоре во текстот забележавме дека енергијата на ветрот зависи, меѓу другото, од густината на воздухот. Воздухот има релативно мала густина (околу 800 пати помала од водата) и затоа е важно да се напомнат факторите што влијаат врз неа. Имено, густината на воздухот е променлива вредност. Густината на воздухот се намалува со зголемувањето на температурата, па така, густината на воздухот во зима е поголема од онаа во лето, варирајќи од 10 до 15%. Но, оваа промена не влијае значително при проектирањето на ветрените турбини. Она што влијае најмногу е зависноста на густината од надморската височина. Како што знаеме, со наголемување на висината, густината на воздухот се намалува. Затоа треба да се земе предвид овој фактор при поставување турбини на високи планински предели. Одовде следува дека при иста брзина на ветрот, ветрена турбина поставена во рамнински предел ќе произведува повеќе енергија од онаа што е поставена на врв на планина (се разбира, при исти карактеристики на турбините). 3.6. ПОВРШИНА ОПФАТЕНА СО РОТОРОТ Веќе напомнавме дека корисната моќност добиена од ветрот е линеарно зависна од површината опфатена со роторот. Ова сознание е многу важно при димензионирањето на ветрените турбини и, пред сè, на нивниот ротор. Вртејќи се, роторот на ветерница со хоризонтална оска опишува кружница со полвршина: A = πr 2 (4) каде што r претставува радиус на роторот (односно должина на перката). Ова значи дека вкупната опфатена површина е во квадратна зависност од должината на перките на роторот, па така, со двојно зголемување на должината на перките се добива четири пати поголема површина. 23

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството ветрена турбина, како и за точноста на измерените вредности. Најмало засенување, предизвикано од високи дрвја или од околни објекти, може значително да ја намали потенцијалната моќност на една ветрена турбина. Слика 3.4. Теоретска зависност на моќноста од дијаметарот на роторот Од сликата може да се забележи порастот на моќноста во зависност од дијаметарот на роторот и јасно се гледа важноста на оваа проблематика. 3.7. БРЗИНА НА ВЕТРОТ Како што може да се заклучи од изразот (3), доминантно влијание врз енергетскиот потенцијал на ветрот има неговата брзина. Поради тоа што енергијата на ветрот зависи од третиот степен на неговата брзина, и најмалата промена на брзината предизвикува огромни промени во енергетскиот биланс. На пример, ако се спореди работата на една ветрена турбина при брзина на ветрот 10 (мерната единица не е важна) и брзина на ветрот 12, ќе се добие: Ако наместо за зголемување на брзината на ветрот за 20% претпоставиме нејзино двојно зголемување, со користење на горните равенки, добиваме осум пати поголема моќност од првичната. Значи, од досега споменатото следува: Излезната моќност зависи од густината на воздухот. Излезната моќност е пропорционална со површината што ја опфаќа роторот на турбината. Со двојно зголемување на радиусот (дијаметарот) на роторот, излезната моќ ност се зголемува за четири пати. Излезната моќност е кубна функција на брзината на ветрот. Со двојно зголе мување на брзината на ветрот, излезната моќност се зголемува за осум пати. P 2 /P 1 = (V 2 /V 1 ) 3 P 2 = (12/10) 3 P 1 P 2 = 1,728P 1 Значи, зголемување на брзината на ветрот од само 20% доведува до зголемување на енергијата од дури 72,8%. Затоа е неопходно да се води грижа за точната поставеност на една 24

4. ГОЛЕМИНА НА ТУРБИНАТА Проф. д-р Влатко Стоилков Кај ветрените турбини, големината и особено дијаметарот на роторот се мно - гу важни. Роторите кај ветрените турбини во денешно време варираат од дијаметар од 0,5 m, кај турбините за домашна употреба, до 100 и повеќе метри кај ветрогенераторите поврзани кон електроенергетскиот систем. Моќно ста варира од неколку стотици вати кај најмалите до над 5 MW кај големите ветрогенератори. Големината на ветрените турбини е во тесна корелација со условите на теренот каде што се поставуваат. Развојот на ветрогенераторските единици во последните 30 години, како и релативните големини на турбините во зависност од номиналната моќност може да се согледаат од следнава слика: На сликата може да се забележат: развојот на ветрените турбини во по с ледните децении, максималната мо ќ ност, дијаметарот на роторот и висината на столбовите. Може да се забележи дека ветрена турбина со моќност од 5 MW има огромно визуелно влијание врз околината, пред сè поради габаритноста на турбината. Како што може да се забележи, дијаметарот на роторот кај турбина од 5 MW е 124 m, додека висината на столбот е 114 m. Малите ветрени турбини се делат на микро, мини и големи за домашна употреба. Микроветрените турбини имаат вообичаен дијаметар на роторот помал од 1,25 m. Оваа изведба е прикажана на сликата 4.2. Мини ве - т ре ните турбини се средина меѓу ми к ро и поголемите турбини за домашна употреба. Мини ветрените Слика 4.1. Дијаметар на роторот и висина на столбот за различни изведби на ветрена турбина 25

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството Слика 4.3. Ветрена турбина за домашна употреба турбини имаат дијаметар помал од 3m. Турби ните за домашна употреба се најголеми од фамилијата на мали ве т ре ни турбини. Како што се очекува од уредите за домашна употреба, опсегот на овие турбини е огромен. Најмалите имаат дијаметар на роторот од околу 4 m и тежина од околу 470 kg, додека во некои случаи роторот има дијаметар до 8,8 m и тежина над 1000 kg (слика 4.3). Слика 4.2. Микроветрена турбина поставена на покрив од објект 5. ПРЕСМЕТУВАЊЕ НА ИЗЛЕЗНАТА ЕНЕРГИЈА Откако е решено прашањето за тоа каде ќе се постави ветрената тур бина и колкава е достапноста на ветрот на локацијата, може да се продолжи кон следниот чекор: пре с метување на енергијата што може да ја произведе турбината. Со пресме тување на енергијата што може да биде испорачана од турбината, може да се продолжи кон проу чување на економските фактори, одно сно одредување на големината на турбината, фирмата од која таа ќе биде набавена и сл. 26 Постојат три начини на определување на излезната енергија. Првиот начин е наједноставен со користење на т.н. опфатена површина. Со овој начин може да се направат едноставни пресметки за потенцијалната енерге тска обилност на турбината. Најпрвин се наоѓа просечната брзина на ветрот, потоа се пресметува површината што ја зафаќа роторот. Методологијата е мошне едноставна, така што веќе по неколку користења, корисникот може мошне лесно да ја практикува. Вториот начин е покомплексен и

Проф. д-р Влатко Стоилков за негово решавање е потребна достапност до мерните податоци за ветрот за локацијата на која се поставува турбината и кривата на моќност за секоја применета турбина. Овој начин користи методологија на т.н. крива на моќност, при што се користат пресметковните резултати на производителите на опремата за типичен режим на работа. Подолу во текстот се претставени формули со кои полесно ќе се објаснат пресметките, како и графици кои дава ат појасна слика за она што се пресметува. 5.1. ОПФАТЕНА ПОВРШИНА Првиот чекор од овој начин е пресметување на енергијата на ветрот, одно сно густината на моќност во W/m 2. По оваа пресметка, единствена информација што ни е потребна е површината што ја зафаќа роторот на ветрената турбина. Доколку за пример земеме микроветрена турбина, со ро тор што опфаќа 1 m 2, на место каде што годишната просечна брзина на ветрот е 6 m/s и густината на моќност изнесува 250 W/m 2, добиваме: P = ( )*A P = (250 W/m 2 )*1m 2 P = 250 W За потсетување, равенката со која се пресметува опфатената површина изнесува: А = πr 2 роторот каде што R е радиусот на Но, она што ни е потребно е, секако, енергијата, а не моќноста што ја имаме од горните пресметки. Примарно нешто што корисникот го плаќа преку сметките е искористената електри чна енергија. Енергијата што се искористува е, всушност, производ од моќноста и времето, односно колку време се користи таа моќност. Кога се работи за ветрена турбина, се мисли на просечната моќност и времето за кое ни е достапен ветрот. ПРИМЕР Во овој пример се користи просечната годишна енергија на ветрот. Во годината има 8760 часа. Потсетувајќи се дека 1000 W претставуваат 1 kw, следува: Е = P(t) E = (0,250 kw)*(8760 часа) Е = 2190 kwh/год. Од овие пресметки може да се заклучи дека во овој случај ветрената турбина ќе произведе скоро 2200 kwh на годишно ниво. Но, во овие пресметки не се земени предвид загубите, односно фактот што енергијата на ветрот не може да се искористи во целост. Според проценките на германскиот експерт за аеродинамика Алберт Бец, теоретската максимална енергија на ветрот што може да се искористи е 59,26% од вкупната потенцијална енергија на ветрот. Но, во практика, роторите искористуваат релативно по ма ла енергија, која во оптимални услови се движи во 27

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството рамките од 40 до 50%, во зависност од применетата технологија, намената, бројот на перки и сл. Дополнително намалување на достапната енергија настанува поради загубите при процесот на конверзија на кинетичката енергија на ветрот во електрична енергија. Исто така, постојат загуби и поради ненадејните промени на брзината и насоката на ветрот. Одовде следува дека ветрените турбини не се во можност максимално да ги искористат можностите на нивните генератори. Поголемиот дел од времето генераторите на ветрените турбини се подоптоварени, и како ре зу лтат на тоа се намалува нивната ефикасност. Модерните ветрени турбини на некој начин пропуштаат дел од ветрот што е достапен. За разлика од анемометрите, кои ги регистрираат брзите налети на ветрот, ветрените турбини, поради својата инерција, не можат да ги следат. Одовде следува дека во некои случаи ветрената турбина едноставно нема да го осети налетот на ветрот. Слични последици настануваат и поради времето потребно за промена на положбата на турбината. Заради максимално искористување на енер гијата на ветрот, преку одредени сензори или механизми, ветрените турбини постојано ја следат насоката на дување на ветрот. Загубите при промената на насоката настануваат поради времето што е потребно за да се изврши промената. Но, влијанијата што настануваат поради промената на насоката се занемарливи кога кон нив ќе се додаде дополнителната енергија добиена со извршената промена. Кога ќе се сумира сето ова, може да се заклучи дека: добро проектирана ветрена турбина би давала околу 30% од вкупната расположлива енергија, односно тоа е она што корисникот би го добил со поставувањето на турбината. Вреди да се напомне дека со правилна употреба овој процент би можел да се зголеми на 40%, или, пак, спротивно да се намали на помала вредност. Ветрените турбини се проектираат за специфичен режим на работа, со специфична брзина на ветрот. Доколку тие се постават на место каде што не се предвидени, вкупната енергетска ефикасност ќе биде намалена. Слика 5.1. Зависност на енергетската ефикасност од брзината на ветрот 28

Проф. д-р Влатко Стоилков 5.2. КРИВА НА МОЌНОСТ Доколку постојат информации за достапноста на ветрот на одредена локација, или, пак, до најблиската станица што врши ваков тип мерења, може да се користи кривата на моќност за определување на достапната ене р гија на годишно ниво. Овој начин е користен од метеоролозите при пресметки потребни за оценување на работата на ветрените турбини што работат самостојно, или кај ветрените фарми. Со помош на овој начин се споредува застапеноста на брзината на ветрот во одреден временски период со кривата на моќност, со цел да се одреди бројот на часови во годината кога ветрената турбина би работела и колкава би била излезната енергија. На графикот 5.1 е претставена кривата на моќност. Се работи за ветрена турбина со номинална моќност од 850 W. Како објаснување, црвената линија ја следи расположливата моќност за одредена брзина. Како што може да се забележи, моќноста за овој тип турбини за брзина помала од 3 m/s е еднаква на нула. За брзина на ветрот поголема од 3 m/s, моќноста расте и притоа номиналната моќност се добива при ветар со брзина од 12 m/s. Ветрената турбина продолжува со работа и по достигнатиот максимум, но при услови на ветар со брзина поголема од 15 m/s, автоматската заштита на турбината реагира, при што турбината се насочува надвор од насоката на ветрот и моќноста се намалува. График 5.1. Крива на моќност 29