Tuul

ÜK-l on parimad tuuleenergia varud Euroopas

Sustainable Development Commission

Tuulefarmid hävitavad maastiku ilma igasuguse eesmärgita.

James Lovelock

Kui palju tuuleenergiat on mõeldav toota?

Maapealse tuule potentsiaali Ühendkuningriikides on võimalik hinnata korrutades tuulepargi keskmise võimsuse pinnaühiku kohta inimese kohta tuleva pindalaga ÜK-s:

v ˜ o imsus inimese kohta = tuule v ˜ o imsus pinna ¨ u hiku kohta \times pind inimese kohta

Tuule võimsuse hindamist pinnaühiku kohta ÜK-s selgitatakse peatükis Tuul II. Kui tuule tüüpiline kiirus on $6 m / s$ ( $13$ miili tunnis või 22 km/h), siis on tuulepargi võimsus ühikpindala kohta umbes $2 W / m^{2}$ .

6 m/s on arvatavasti üle hinnatud paljude Briti piirkondade jaoks. Näiteks järgnev joonis näitab päevaseid keskmiseid tuulekiirusi Cambridge's 2006. aastal. Päevane keskmine ulatub $6 m / s$ ainult umbes $30$ päeval aastas – vaata joonise juures olevat histogrammi. Kuid mõndades kohtades on tuule kiirus suurem kui $6 m / s$ – näiteks Cairngormi tipp Šotimaal (joonis).

Joonis 4.1 Keskmine tuulekiirus Cambridge'is 2006. aastal. Punane joon tähistab päevaseid keskmiseid, sinine joon pooltunni keskmiseid.

Joonis 4.2 Keskmine tuulekiirus Craingormi tipus 2006. aasta kuue kuu jooksul.

Liites siia Briti elanikkonna tiheduse $250$ inimest ruutkilomeetri kohta ehk $4000$ ruutmeetrit inimese kohta, saame, et tuule võimsus annab

2 W / m^{2} \times 4000 m^{2} / i n i m e n e = 8000 W i n i m e s e k o h t a

kui terve maa oleks täidetud tuulegeneraatoritega ja eeldades, et $2 W / m^{2}$ on õige number. Teisendades selle meie eelistatuimaks võimsuse ühikuks, saame $200 k W h / p$ inimese kohta.

Oleme realistid. Kui suure osa maast oleksime me tegelikult nõus tuulegeneraatoritega katma? Võib-olla $10 %$ ? Siit saame järeldada: kui me kataksime tuuliseima $10 %$ oma maast tuulegeneraatoritega (mis annavad $2 W / m^{2}$ ), suudaksime genereerida $20 k W h / p$ inimese kohta, mis on umbes pool sellest, mis keskmisel fossiilkütustel sõitval autol päevas 50 km läbimiseks kulub.

Joonis 4.3 Peatüki Tuul järeldus: maksimaalne mõeldav energiatootmine Ühendkuningriikide maismaa tuulefarmides on $20 k W h$ päevas inimese kohta.

Briti avamere tuule varu võib olla „üüratu," aga ilmselt ei ole see nii üüratu kui meie tarbimine. Me tuleme avamere tuule juurde tagasi hiljem.

Peaksin ilmselt rõhutama, kui heldeid eeldusi ma teen. Võrrelgem Briti tuuleenergia varu täna maailmas olemasoleva tuuleelektri tootmisvõimsusega: ÜK-le $20 k W h / p$ inimese kohta andvate tuulikute võimsus oleks $50$ korda suurem kui Taani tuuleenergia tootmisvõimsus, 7 korda suurem kõigi Saksamaa tuulefarmide võimsusest ja kaks korda suurem kõigi maailma tuulegeneraatorite võimsusest.

Tabel 2.2 Faktid, mille võiks meelde jätta: tuulepargid.

Võimsus pindalaühiku kohta
Tuulepark (tuule kiirus $6 m / s$ )	$2 W / m^{2}$

Palun ärge saage minust valesti aru. Kas ma ütlen, et tuuleparke ei tasu ehitada? Üldsegi mitte. Tahan lihtsalt edasi anda kasulikku fakti, et kui tahame tuuleparkidega tõepoolest midagi ära teha, peavad tuulepargid katma väga suure maa-ala.

Tabel 2.3 Faktid, mida tasub mäletada: inimasustuse tihedus.

Inimasustuse tihedus ÜK-s

250

ruutkilomeetri kohta ⇔

4000 m^{2}

inimese kohta

See järeldus – et maapealsete tuuleparkide panus, olles küll „üüratu," on meie tarbimisest palju väiksem – on tähtis, nii et parem kontrollime võtmesuurust: tuuleparkide võimsust ühikpindala kohta ( $2 W / m^{2}$ ) reaalsete tuuleparkide andmetega ÜK-s.

Glasgow lähedal asuvas Whitelee tuulepargis on $55 k m^{2}$ -l 140 tuulegeneraatorit koguvõimsusega $322 M W$ . See teeb maksimumvõimsuseks $6 W / m^{2}$ . Keskmine toodetud võimsus on väiksem, sest tuulegeneraatorid ei tööta kogu aeg maksimaalse võimsusega. Keskmise võimsuse ja maksimumvõimsuse suhet nimetatakse „koormusteguriks" ja selle konkreetne väärtus sõltub kohast ning kasutatavatest seadmetest; tüüpiliselt on see heasse kohta ehitatud moodsate tuulegeneraatorite korral $30 %$ . Kui eeldame, et Whitelee koormustegur on $33 %$ , siis on toodetud keskmine võimsus pinnaühiku kohta $2 W / m^{2}$ – täpselt selline nagu me eeldasime.

Joonis 4.6 Keskmine tuulekiiruse histogramm Cambridge'is: päevased keskmised on vasakul (punane), pooltunni keskmised paremal (sinine).

Küsimused

Ehitatakse järjest suuremaid tuulegeneraatoreid. Kas suuremate tuulegeneraatorite kasutamine muudab selle peatüki lõppjäreldust?

Seda seletab peatükk Tuul II. Suuremad tuulegeneraatorid annavad suuremate mahtude pealt majanduslikku kokkuhoidu, kuid need ei suurenda eriti võimsust pindalaühiku kohta, sest neid tuleb üksteisest kaugemale paigutada. Kaks korda kõrgem tuulepark annab umbes $30 %$ rohkem võimsust.

Tuule tugevus muutub kogu aeg. See ju teeb tuule kasutamise keeruliseks?

Võib-olla. Me tuleme selle küsimuse juurde tagasi peatükis Kõikumised ja salvestamine. Seal me räägime tuule muutlikkusest ja vaatleme mitut võimalikku lahendust sellele probleemile, kaasaarvatud energia salvestamine ja nõudluse juhtimine.

Märkused ja edasine lugemine

Joonis 4.1 ja joonis 4.6. Andmed tuule kohta Cambridge'is: Digital Technology Group, Computer Laboratory, Cambridge [vxhhj]. Nende ilmajaam asub Gates'i maja katusel, umbes $10 m$ kõrgusel. Tuulekiirus $50 m$ kõrgusel on harilikult umbes $25 %$ suurem. Andmed Cairngormi kohta (joonis 4.2): Heriot–Watt'i Ülikooli Füüsikaosakond [tdvml].

UK-le $20 k W h / p$ inimese kohta andvate tuulikute võimsus oleks $50$ korda suurem, kui Taani tuuleenergia tootmisvõimsus. Kui eeldame $33 %$ koormustegurit, nõuab keskmine võimsus $20 k W h / p$ inimese kohta $150 G W$ võimsuse installeerimist. 2006.a. lõpus oli Taanis installeeritud võimsus $3, 1 G W$ ; Saksamaal $20, 6 G W$ . Kogu maailmas installeeritud võimsus oli $74 G W$ (wwindea.org). Märkuse korras olgu öeldud, et 2006. aastal oli Taani tuuleparkide koormustegur $22 %$ ja inimese kohta toodetav keskmine võimsus oli $3 k W h / p$ .