Kaip aiškina G. Uloza, vėjas savyje „neša“ didelį kiekį kinetinės energijos, kuri priverčia vėjo elektrinės mentes suktis – energija virsta mechanine.
„Besisukančios mentės suka elektros generatorių, kuris gamina elektros energiją. Tačiau tik dalis vėjo kinetinės energijos virsta menčių sukimosi energija, kita dalis lieka nepanaudota. Teorinė vėjo energijos išnaudojimo riba yra 59,3 proc. (Betzo dėsnis), o realiomis sąlygomis šiuolaikinės vėjo jėgainės vėjaratis vidutiniškai panaudoja apie 30–45 proc. vėjo srauto nešamos energijos.
Vėjo elektrinės mentės yra ypatingos formos ir jas suka ta pati keliamoji jėga, kuri veikia ir lėktuvų sparnus. Mentės yra pritvirtintos prie stebulės, kuri sukasi kartu su mentėmis. Visos šiuolaikinės pramoninės vėjo elektrinės turi tris mentes, nes toks išdėstymas yra efektyviausias ir ekonomiškiausias“, – pasakoja G. Uloza.
Specialisto teigimu, vėjo jėgainė pradeda dirbti ties maždaug 3,5 m/s vėjo greičiu ir pilną galią pasiekia tik tada, kai vėjas sustiprėja virš 10 m/s. „Susumavus jėgainės dirbtų valandų skaičių per metus, paaiškėtų, kad ji išnaudoja tik apie 30–40 proc. savo pilno galingumo“, – sako G. Uloza.
Vėjo elektrinių tipai
Vėjo elektrinės yra skirstomos į du pagrindinius tipus: horizontalios ašies ir vertikalios ašies.
„Šie propeleriai, vadinami horizontalios ašies vėjo elektrinėmis, yra standartiniai ir labiausiai paplitę vėjo pramonės įrengimai, nes pasižymi didžiausiu vėjo energijos panaudojimo efektyvumu. Šios elektrinės labai tinka dideliems vėjo elektrinių parkams, kurie statomi atvirose ir vėjuotose vietovėse, tačiau jų negalėtume efektyviai naudoti miesto aplinkoje, kur vėjo greitis nepastovus, o vėjo kryptis dažnai kinta. Vėjo energijai panaudoti tokioje aplinkoje yra sukurtos elektrinės, kurių vėjaratis sukasi aplink vertikalią ašį“, – pasakoja specialistas.
Vertikalios vėjo jėgainės pagal vėjaračio dizainą skirstomos į du pagrindinius tipus: „Darje“ (Darrieus) ir „Savonijaus“ (Savonius).
„Darje“ tipo jėgainių vėjaračius sudaro išlenktos arba tiesios mentės, besisukančios aplink vertikalią ašį. Šiose jėgainėse panaudotas menčių profilio keliamosios jėgos principas, kaip ir įprastose jėgainėse, tik mentės yra vertikalios. „Savonijaus“ tipo jėgainių vėjaračiai sudaryti iš aplink vertikalią ašį besisukančių plokštumų, kurias veikia vėjo stūmos jėga. Šio tipo vėjaračių pagrindinis trūkumas – pasipriešinimo jėga, dėl kurios jėgainės efektyvumas yra mažiausias tarp vertikalių jėgainių. Visų tipų vertikalių vėjo jėgainių veikimo principas vienodas – vėjaratis suka po juo esantį generatorių, gaminantį elektros energiją“, – aiškina G. Uloza.
Vėjo elektrinės gali būti skirstomos ir pagal galią: nuo mažiausių, vos keliasdešimties vatų, akumuliatorius kraunančių malūnėlių, iki didžiausių, 6–7 MW galią išvystančių milžiniškų įrengimų.
Kaip pasirenkamos vietovės, kuriose yra statomos vėjo elektrinės?
Pasak G. Ulozos, vėjo elektrinėms tinkamų vietovių parinkimą lemia daug veiksnių, tačiau svarbiausi iš jų yra šie.
„Geros vėjingumo sąlygos, nes nuo to priklauso vėjo elektrinės pagaminamas elektros energijos kiekis, atstumas iki artimiausios laisvos elektros tiekimo linijos, lemiantis didelę dalį elektrinės prijungimo kaštų, sklypų aplink planuojamą vėjo elektrinę ir jų savininkų skaičius bei atstumai iki saugomų teritorijų“, – vardija pašnekovas.
Nuo ko priklauso pagaminamos elektros kiekis?
Vėjo elektrinių pagaminamos energijos kiekis, pasak pašnekovo, priklauso ir nuo vėjo stiprumo, ir nuo elektrinės nominalaus galingumo, ir nuo vėjaračio ploto.
„Vėjo stiprumą lemia geografinė vietovė (taip pat ir miškai, kalvos, statiniai bei kitos kliūtys) ir bendras aukštis virš žemės paviršiaus. Vėjas nepučia nuolatos, todėl vėjo elektrinės nesisuka ištisą parą, nes jų darbo režimas visiškai priklauso nuo vėjo greičio. Kaip jau minėjau, dauguma elektrinių pradeda gaminti elektrą, kai vėjas pučia 3,5–4 m/s greičiu, o didžiausią produktyvumą pasiekia esant 10–12 m/s vėjo greičiui. Kai vėjo greitis pasiekia 25–30 m/s, elektrinė automatiškai sustabdoma dėl saugumo reikalavimų“, – sako V. Uloza.
Ar Lietuvoje palankios sąlygos vėjo elektrinėms?
Lietuvos hidrometeorologijos tarnybos, Tyrimų ir plėtros skyriaus vedėjas dr. Donatas Valiukas sako, kad kiekvienoje šalyje didžiausias vėjo potencialas yra pajūrio zonoje, ne išimtis ir Lietuvoje.
„Lietuva yra vidutinio vėjo stiprumo šalis, su savo teritoriniais skirtumais. Pajūry vėjas stipresnis, pietryčių Lietuvoje – silpnesnis. Vidutinis vėjo greitis Lietuvoje yra 3,3 m/s, o pajūryje gali viršyti ir 4,5 m/s. Tačiau verta paminėti, kad vėjo greitis yra matuojamas dešimties metrų aukštyje, o kaip žinome, vėjo elektrinių aukštis gali siekti šimtą ir daugiau metrų, todėl natūraliai tokiame aukštyje vėjas yra stipresnis“, – sako meteorologas.
Pasak jo, gali susidaryti įspūdis, kad stipriausias vėjas būna šiltuoju metų sezonu, tačiau, iš tiesų, didžiausią greitį jis pasiekia vėlyvą rudenį arba žiemą.
„Taip atrodo todėl, kad vasarą jaučiami laikini ir gausingi vėjo sustiprėjimai, visgi, stipriausias vėjas yra fiksuojamas rudens ir žiemos mėnesiais. Jei saulės elektrinės efektingiausiai veikia vasarą, tai vėjo jėgainės didžiausią savo potencialą pasiekia būtent šaltuoju metų laiku“, – aiškina D. Valiukas.
Jei dėl klimato kaitos šiltėja oras, didėja liūčių intensyvumas, tai vėjas, pasak meteorologo, yra vienas iš stabiliausių gamtos reiškinių.
„Vėjas yra gana stabilus elementas ir didelių pokyčių bei tendencijų įžvelgti beveik neįmanoma. Jei lygintume dešimtmečius, galima pastebėti, kad dabar vėjas yra šiek tiek silpnesnis, tačiau tai visai neryški tendencija“, – sako ekspertas, kurio nuomone Lietuvoje vėjas yra palankus efektyviam vėjo elektrinių veikimui.
G. Ulozos teigimu, ilgą laiką buvo manoma, kad tik vakarinė šalies dalis yra palanki šiai energetikos rūšiai plėtoti, tačiau paskutiniu metu, sparčiai vystantis technologijoms ir jų efektyvumui, patrauklios tampa ir iki tol per mažai vėjuotomis laikytos teritorijos kitose šalies regionuose.
„Vėjo greitis, kylant aukštyn, didėja, todėl kuo aukštesnė elektrinė, tuo daugiau energijos ji gali pagaminti. Pavyzdžiui, jei 10 m aukštyje pučia 5 m/s vėjas, tai 100 m aukštyje jis sieks daugiau nei 7 m/s. Skirtumas, atrodo, nedidelis, tačiau vėjo greitį ir energiją sieja kubinė priklausomybė, todėl vėjo greičiui padidėjus du kartus, vėjo energija išauga net aštuonis kartus. Todėl šiandien jau projektuojamos ir statomos jėgainės, kurių aukštis iki sparno viršūnės gali siekti net 250 metrų“, – sako „E energija“ vadovas.
***
Iki šiol vėjo elektrinės sudarė didžiausią iš atsinaujinančių išteklių gaminamos elektros energijos dalį Lietuvoje (likusią dalį sudaro hidroelektrinės, saulės elektrinės, biodujų ir kietosios biomasės kogeneracinės jėgainės). Lietuvos energetinės nepriklausomybės strategijoje įtvirtinti ambicingi tikslai – iki 2030 m. pasiekti, kad AEI gaminama elektros energija sudarytų 45 proc. elektros suvartojimo balanse, o iki 2050 m. – 100 proc., t. y. visa šalyje gaminama elektros energija turės būti pagaminta iš atsinaujinančių išteklių. Šių tikslų be vėjo energetikos plėtros būtų neįmanoma pasiekti. Artimiausią dešimtmetį numatoma vėjo energetikos plėtra ir sausumoje, ir Baltijos jūroje.