Tuuleenergia, tuntud ka kui tuuleenergia, on vahend tuule kasutamiseks ja selle elektriks muutmiseks. Turbiinide keskmine tuuletõhusus jääb 35-45% vahele.
Tuuleenergia tootmine
Tuul tekib Maa atmosfääris maa temperatuuride erinevuse tõttu kohapeal või piirkondlikul ja globaalsel skaalal. Kui soe kuumeneb, tõuseb see üles, jättes paiga madala õhurõhuga; Kõrgema õhurõhuga jahedamatest piirkondadest pärit õhk liigub õhurõhu ühtlustamiseks sisse.
Tuuleveskid ja -turbiinid kasutavad ära kineetilist energiat ehk "liikumisenergiat", mis liigutab õhku või tuult ühest kohast teise ja muudab selle elektriks. Tuuleturbiinid püstitatakse tuulistesse kohtadesse, nii et tuul võib turbiinide labasid liigutada. Need labad pööravad mootorit ja käigud suurendavad pöörete arvu piisav alt elektri tootmiseks. Erinevate tingimuste jaoks sobivad erineva konstruktsiooniga turbiinid.
Tuuleefektiivsus ja tuulevõimsustegur
Tuuletõhusus ei ole sama, mis tuule võimsustegur, millest räägitakse, kui mõeldakse energiatõhususele. Wind Watch selgitab nende kahe nähtuse erinevust.
Tuuleefektiivsus ja selle piir
Tuuleefektiivsus on tuule kineetilise energia hulk, mis muundatakse mehaaniliseks energiaks ja elektrienergiaks. Betz Limiti kirjeldatud füüsikaseadused ütlevad, et maksimaalne teoreetiline piir on 59,6%. Tuul nõuab ülejäänud energia labadest mööda puhumiseks. See on tegelikult hea. Kui turbiin oleks lõksus 100% energiast, lõpetaks tuul puhumise ja turbiini labad ei saaks pöörduda elektri tootmiseks.
Praegu ei ole ühelgi masinal võimalik muuta tuulest kogu lõksu jäänud 59,6% kineetilisest energiast elektrienergiaks. Generaatorite valmistamise ja projekteerimise viisist tulenevad piirangud, mis vähendavad veelgi lõpuks võimsuseks muundatava energia hulka. Keskmine on praegu 35-45%, nagu eespool märgitud. Wind Watchi andmetel võib maksimaalne jõudlus tipptasemel ulatuda 50%-ni. Ka Austraalia valitsuse dokument (NSW) nõustub, et 50% on maksimaalne tuuleefektiivsus, mida on võimalik saada (lk 3).
Energiatõhusus ei varieeru nii palju kui tuule läbilaskevõimetegur, mis sõltub suurel määral asukohast ja ilmastikutingimustest.
Tuulevõimsustegur
Tuulevõimsustegur on Green Tech Media andmetel generaatori toodetud energia hulk võrreldes sellega, mida see suudaks toota, kui see töötaks kogu aeg tippvõimsusel. Tuulevõimsustegur kipub erinevates kohtades ja erinevatel aastaaegadel varieeruma, isegi samade turbiinide korral, kuna see sõltub tuule kiirusest, selle tihedusest ja generaatori suurusest sõltuvast pühkimisalast, märgib Open EI. Tuulevõimsuse tegurit saab optimeerida, valides kohad, kus valitsevad ideaalsed tuuletingimused terve või suurema osa aastast. Seega on võimsuse maksimeerimiseks oluline arvestada tuule võimsustegurit ja seda mõjutavaid tingimusi.
- Tuule kiirusalla 30 miili tunnis toodab Wind Watchi andmetel vähe energiat. Isegi väike kiiruse suurenemine võib vastav alt Open EI-le kaasa tuua märkimisväärse võimsuse suurenemise. Toodetud elekter on tuule kiiruse kuup, selgitab Wind EIS.
- Õhutihedus on rohkem jahedamates piirkondades ja merepinnal kui mägedes. Seega on ideaalsed suure tuuletihedusega kohad Open EI järgi külmema temperatuuriga mered. See on üks põhjus avamere tuuleenergia tootmise ulatuslikule laienemisele.
- Suuremad ja kõrgemad turbiinid saavad maapinnast kõrgemal ja nende labade suurema ulatuse tõttu ära kasutada rohkem tuult. Seetõttu muutuvad siin oluliseks majanduslikud kaalutlused.
Tootmistegurit suurendatakse pidev alt täiustatud tehnoloogia abil. Green Tech Media andmetel saavutasid 2014. aastal ehitatud tuuleturbiinide võimsusteguri 41,2%, võrreldes 31,2%-ga aastatel 2004–2011 ehitatud turbiinide puhul. Tuule võimsustegurit ei mõjuta aga mitte ainult tehnoloogia, vaid ka tuule kättesaadavus ise. Seega oli turbiinide võimsustegur 2015. aastal "tuulepõua" tõttu alla eelmiste aastate keskmise, selgitab Green Tech Media.
Võrdlus teiste toiteallikatega
Tuule energiatõhusus on parem kui kivisöe energiatõhusus. Vaid 29–37% söes leiduvast energiast muudetakse elektriks ja gaasi kasutegur on tuulega peaaegu sama, kuna 32–50% gaasis leiduvast energiast saab muundada elektriks.
Kuid võimsustegurite osas toimisid fossiilkütused USA energiateabe administratsiooni (EIA) andmetel 2016. aastal paremini kui tuul.
-
taastuv vs tehased USA söetehased töötasid 52,7% võimsusest.
- Gaasijaamade võimsustegur oli USA-s 56%.
- Tuumaenergia võimsustegur oli mittefossiilkütuste KMH andmete kohaselt 92,5%.
- Hüdroenergia võimsustegur oli 38%.
- Tuuleenergia võimsustegur oli 34,7%.
Erinevate energiaallikate väljundvõimsuse võrdlemisel on parem arvestada mitte ainult võimsusteguriga, vaid ka nende energiatõhususega. See muudab tuuleenergia tootmise suurendamise konkurentsivõimeliseks ja teostatavaks võrreldes fossiilkütustega, mida häirivad ka nende põhjustatud saasteprobleemid.
Vahetus mõjutab tuuleenergia väljundit
Tuuleenergia kannatab katkendlikkuse tõttu, kuna tuul ei ole alati saadaval ja võib puhuda erineva kiirusega, mis tähendab, et energiat toodetakse ebaühtlaselt. Energia katkestus on nähtus, kus energia ei ole pidev alt saadaval paljude tegurite tõttu, mida inimesed ei saa kontrollida. Seetõttu on pakkumine erinev.
Lahendused katkendlikkusele
Kuna tuuleturbiinide elektrienergia tootmine kõigub tunnist tunnini või isegi sekundist sekundisse, peavad elektritarnijad omama suuremaid energiavarusid, et tagada ja säilitada ühtlast toiteallika taset, selgitab American Scientist. Katkendlikkus ei tähenda ainult puudujääke, vaid ka liialdusperioode; see pakub ka võimaliku lahenduse. American Scientist selgitab, et tuuleenergia allikate arvu suurenedes võivad kohalikud ilma- ja tuuleolude erinevused tasakaalustada puudujääke ja liialdusi.
Täiustatud ilmaprognoosid ja modelleerimine muudavad tuuleenergia isegi lühiajaliste muutuste arvessevõtmise lihtsamaks. Tuuleenergia tootmise ööpäevaste või hooajaliste erinevuste tasandamiseks on vaja ka allikate kombinatsiooni.
Sõltumata katkendlikkusest on lai alt levinud uued tuulepargid kogu USA-s aidanud energiavarustust stabiliseerida, eriti Texase ekstreemse ilmaga vastav alt Clean Technica andmetele.
Kulu
2017. aastal teatas The Independent, et tuuleenergia tootmine on odavam kui fossiilkütustest. 2017. aastal maksis megavatt-tunni (MWh) tootmine 50 dollarit. Tehnoloogia paranemise tõttu langevad kulud jätkuv alt, muutes selle atraktiivsemaks kui tavalised saastavad energiaallikad. USA loodab seda liikumist ergutada valitsuse stiimulitega, et suurendada tuuleenergia osakaalu, mis andis EIA andmetel 2016. aastal 6% tema elektrist.
Wind EIS märgib, et 80% kuludest moodustavad turbiinide paigaldamisega seotud kapitalikulud ja 20% on töökorras. Kuna aga sellega ei kaasne kütusekulusid ja arvestades kogu selle elutsükli jooksul toodetud võimsust, on tuuleenergia konkurentsivõimeline.
Süsinikuvaba energia
Tuuleenergia on üks tõhusamaid alternatiive fossiilkütuste energiale. Ennustatakse, et 2050. aastaks võivad 139 riiki, mis kasutavad praegu 99% maailma energiast, kasutada 100% taastuvenergiat. 2017. aasta maailmafoorumi aruande kohaselt võivad tuul ja päike koos anda kuni 97% sellest energiast. See võib aidata hoida globaalse soojenemise tõusu alla 1,5 kraadi. Olenemata sellest, kas tegemist on tuulepargiga mäenõlval või rannajoonel, pakub tuulikutehnoloogia tunduv alt tõhusamat viisi kasutatava elektri tootmiseks kui traditsioonilised taastumatud allikad.