Vindenergi, også kendt som vindkraft, er midlet til at udnytte vinden og omdanne den til elektricitet. Den gennemsnitlige vindeffektivitet for møller er mellem 35-45%.
Produktion af vindkraft
Vind produceres i jordens atmosfære på grund af forskelle i jordens temperaturer lok alt eller på regional og global skala. Når varmt bliver opvarmet, stiger det og forlader stedet med lavt lufttryk; luft fra køligere områder med højere lufttryk bevæger sig ind for at udligne lufttrykket.
Vindmøller og turbiner udnytter den kinetiske energi eller "bevægelsesenergi", der flytter luft eller vind fra et sted til et andet og omdanner det til elektricitet. Vindmøller opstilles på blæsende steder, så vinden kan flytte vindmøllevingerne. Disse blade roterer en motor, og gear øger rotationerne nok til at producere elektricitet. Forskellige designs af turbiner er velegnede til forskellige forhold.
Vindeffektivitet og vindkapacitetsfaktor
Vindeffektivitet er ikke det samme som vindkapacitetsfaktor, hvilket er det, der diskuteres, når folk tænker på energieffektivitet. Wind Watch forklarer forskellen mellem de to fænomener.
Vindeffektivitet og dens grænse
Vindeffektivitet er mængden af kinetisk energi i vinden, der omdannes til mekanisk energi og elektricitet. Fysiske love beskrevet af Betz Limit siger, at den maksimale teoretiske grænse er 59,6%. Vinden kræver resten af energien for at blæse forbi vingerne. Dette er faktisk godt. Hvis en mølle fanget 100 % af energien, ville vinden holde op med at blæse, og en mølles vinger kan ikke dreje for at producere elektricitet.
Det er dog ikke muligt for nogen maskine på nuværende tidspunkt at konvertere alle de indespærrede 59,6% af kinetisk energi fra vind til elektricitet. Der er grænser på grund af den måde, generatorer fremstilles og konstrueres på, hvilket yderligere reducerer mængden af energi, der endeligt omdannes til strøm. Gennemsnittet på nuværende tidspunkt er 35-45 %, som nævnt ovenfor. Maksimum ved topydelse kunne nå op på 50 % ifølge Wind Watch. Et australsk regeringsdokument (NSW) er også enig i, at 50 % er den maksimale vindeffektivitet, der kan opnås (s. 3).
Energieffektiviteten varierer ikke så meget som vindkapacitetsfaktoren gør, hvilket i høj grad afhænger af beliggenhed og vejrforhold.
Vindkapacitetsfaktor
Vindkapacitetsfaktoren er mængden af energi produceret af en generator i forhold til hvad den kunne producere, hvis den fungerede hele tiden ved spidskapacitet, ifølge Green Tech Media. Vindkapacitetsfaktoren har en tendens til at variere fra sted til sted og på forskellige tidspunkter af året, selv med de samme vindmøller, da det afhænger af vindens hastighed, dens tæthed og areal, der afhænger af størrelsen af generatoren påpeger Open EI. Vindkapacitetsfaktoren kan optimeres ved at vælge steder, hvor ideelle vindforhold hersker hele eller en stor del af året. Så det er vigtigt at overveje vindkapacitetsfaktoren og de forhold, der påvirker den for at maksimere effektudgangen.
- Vindhastighedunder 30 miles i timen producerer lidt energi ifølge Wind Watch. Selv små stigninger i hastigheden kan udmønte sig i en væsentlig stigning i strøm genereret ifølge Open EI. Elektricitet genereret er terningen af vindhastigheden forklarer Wind EIS.
- Luftdensiteten er mere i køligere områder og ved havoverfladen end i bjerge. Så de ideelle steder med høj vindtæthed er hav med koldere temperaturer ifølge Open EI. Dette er en af grundene til den store udvidelse i off-shore vindproduktion.
- Større og højere vindmøller kan drage fordel af mere vind højere over jorden og af deres vingers øgede spændvidde. Økonomiske overvejelser bliver derfor vigtige her.
Kapacitetsfaktoren øges konstant med forbedret teknologi. Vindmøller bygget i 2014 nåede en kapacitetsfaktor på 41,2 % sammenlignet med 31,2 % for møller bygget mellem 2004-2011, ifølge Green Tech Media. Vindkapacitetsfaktoren påvirkes dog ikke kun af teknologien, men også vindtilgængeligheden i sig selv. Således var kapacitetsfaktoren for møller i 2015 under tidligere års gennemsnit på grund af "vindtørke" forklarer Green Tech Media.
Sammenligning med andre strømkilder
Energieffektiviteten af vind er bedre end energieffektiviteten af kul. Kun 29-37% af energien i kul omdannes til elektricitet, og gas har næsten samme virkningsgrad som vind, da 32-50% af energien i gas kan omdannes til elektricitet.
Men hensyn til kapacitetsfaktorer klarede fossile brændstoffer sig dog bedre end vind i USA i 2016 ifølge U. S. Energy Information Administration (EIA).
-
vedvarende vs fabrikker Kulværker i USA kørte med 52,7 % af deres kapacitet.
- Kapacitetsfaktoren for gasanlæg var 56 % i USA.
- Kernekraft havde en kapacitetsfaktor på 92,5 % ifølge VVM-tal for ikke-fossile brændstoffer.
- Hydrokraftens kapacitetsfaktor var 38%.
- Vindkraftens kapacitetsfaktor var 34,7%.
Når man sammenligner effekten fra forskellige energikilder, er det bedre at overveje ikke kun kapacitetsfaktoren, men også deres energieffektivitet. Det er det, der gør øget elproduktion fra vind konkurrencedygtig og gennemførlig i sammenligning med fossile brændstoffer, som også er generet af de forureningsproblemer, de forårsager.
Intermittens påvirker vindenergioutput
Vindenergi lider af uregelmæssigheder, da vinden ikke altid er tilgængelig og kan blæse med varierende hastigheder, hvilket betyder, at strøm genereres på inkonsekvente niveauer. Energiintermittens er det fænomen, hvor energi ikke er tilgængelig kontinuerligt på grund af mange faktorer, som folk ikke kan kontrollere. Derfor er der variation i udbuddet.
Løsninger til intermittens
Da produktionen af strøm fra vindmøller svinger fra time til time, eller endda sekund til sekund, er strømleverandører nødt til at have større energireserver for at opfylde og opretholde ensartede niveauer af strømforsyning, forklarer den amerikanske videnskabsmand. Intermittens betyder ikke kun mangler, men også perioder med udskejelser; dette giver så også en mulig løsning. Den amerikanske videnskabsmand forklarer, at efterhånden som antallet af kilder til vindkraft stiger, kan lokale forskelle i vejr- og vindforhold afbalancere mangler og udskejelser.
Forbedrede vejrudsigter og modellering gør det også lettere at medregne selv kortsigtede ændringer i vindkraft. En blanding af kilder er også nødvendig for at udligne daglige eller sæsonmæssige forskelle i vindkraftproduktion.
Uanset uregelmæssighed har udbredte nye vindmølleparker i hele USA faktisk hjulpet med at stabilisere strømforsyningen, især under ekstremt vejr i Texas ifølge Clean Technica.
Omkostninger
I 2017 annoncerede The Independent, at produktion af energi fra vind var billigere end fra fossile brændstoffer. Det kostede 50 dollars at producere en megawatt-time (MWh) i 2017. Med forbedret teknologi fortsætter omkostningerne med at falde, hvilket gør det mere attraktivt end konventionelle forurenende energikilder. USA håber at anspore denne bevægelse ved at give regeringsincitamenter til at øge andelen af vindkraft, som leverede 6 % af sin elektricitet i 2016 ifølge EIA.
Wind EIS bemærker, at 80 % af omkostningerne er kapitalomkostninger involveret i at installere møllerne, og 20 % er operationelle. Men da der ikke er nogen brændstofomkostninger involveret, og i betragtning af den genererede strøm i hele dens livscyklus, er vindenergi konkurrencedygtig.
Kulstoffri energi
Vindenergi er et af de mere effektive alternativer til fossilt brændstof. Det forudsiges, at i 2050 vil 139 lande, der i øjeblikket bruger 99 % af verdens energi, kunne bruge 100 % vedvarende energi. Vind og sol kan tilsammen levere så meget som 97% af denne energi, ifølge en World Forum Report fra 2017. Dette kan hjælpe med at begrænse den globale opvarmning til under 1,5C. Uanset om det er en vindmøllepark på en bjergskråning eller langs en kystlinje, tilbyder vindmølleteknologi en langt mere effektiv måde at generere brugbar elektricitet på end ikke-vedvarende traditionelle kilder.