Efficienza dell'energia eolica

L'energia eolica, nota anche come energia eolica, è il mezzo per sfruttare il vento e trasformarlo in elettricità. L'efficienza eolica media delle turbine è compresa tra 35-45% .

Produzione di energia eolica

Il vento è prodotto nell'atmosfera terrestre a causa della differenza di temperatura terrestre a livello locale o su scala regionale e globale. Quando il caldo si riscalda si alza lasciando il luogo a bassa pressione dell'aria; l'aria proveniente da regioni più fredde con pressioni d'aria più elevate si sposta per equalizzare la pressione dell'aria.

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I mulini e le turbine eoliche sfruttano l'energia cinetica o 'energia di movimento' che sposta l'aria o il vento da un luogo all'altro e lo converte in elettricità. Le turbine eoliche sono erette in luoghi ventosi, quindi il vento può muovere le pale delle turbine. Queste lame fanno ruotare un motore e gli ingranaggi aumentano le rotazioni quanto basta per produrre elettricità. Diversi modelli di turbine sono adatti a condizioni variabili.

Efficienza del vento e fattore di capacità del vento

L'efficienza del vento non è la stessa cosa del fattore di capacità del vento, che è ciò di cui si discute quando si pensa all'efficienza energetica. Orologio a vento spiega la differenza tra i due fenomeni.

Efficienza del vento e il suo limite

L'efficienza del vento è la quantità di energia cinetica nel vento che viene convertita in energia meccanica ed elettricità. Leggi della fisica descritte da Limite di Betz dice che il limite massimo teorico è 59,6%. Il vento richiede il resto dell'energia per superare le pale. Questo è in effetti buono. Se una turbina intrappolasse il 100% dell'energia, il vento smetterebbe di soffiare e le pale di una turbina non possono girare per produrre elettricità.

Tuttavia, non è possibile per nessuna macchina, al momento, convertire tutto il 59,6% dell'energia cinetica intrappolata dal vento in elettricità. Ci sono limiti dovuti al modo in cui i generatori sono realizzati e progettati, che riducono ulteriormente la quantità di energia che viene infine convertita in energia. La media attuale è del 35-45%, come sopra indicato. Il massimo al massimo delle prestazioni potrebbe raggiungere il 50% secondo Wind Watch. Un Documento del governo australiano (NSW) concorda inoltre che il 50% è la massima efficienza eolica ottenibile (pag. 3).

L'efficienza energetica non varia tanto quanto il fattore di capacità eolica, che dipende in larga misura dalla posizione e dalle condizioni meteorologiche.

Fattore di capacità del vento

Il fattore di capacità eolica è la quantità di energia prodotta da un generatore rispetto a quella che potrebbe produrre se funzionasse sempre alla massima capacità, secondo Green Tech Media . Il fattore di capacità eolica tende a variare da luogo a luogo e in diversi periodi dell'anno, anche con le stesse turbine, poiché dipende dalla velocità del vento, dalla sua densità e dall'area spazzata che dipende dalle dimensioni del generatore. Apri EI . Il fattore di capacità eolica può essere ottimizzato scegliendo luoghi in cui le condizioni di vento ideali prevalgono per l'intero o la maggior parte dell'anno. Quindi è importante considerare il fattore di capacità del vento e le condizioni che lo influenzano per massimizzare la potenza.

Velocità del vento sotto le 30 miglia orarie produce poca energia secondo Wind Watch. Anche piccoli aumenti di velocità possono tradursi in un aumento sostanziale della potenza generata secondo Open EI. L'elettricità generata è il cubo della velocità del vento, spiega Vento GHIACCIO . Densità dell'aria è più nelle regioni più fresche e al livello del mare che in montagna. Quindi i luoghi ideali con alta densità di vento sono mari con temperature più fredde secondo Open EI. Questo è uno dei motivi per l'espansione su larga scala della generazione eolica off-shore. Turbine più grandi e più alte possono sfruttare più vento più in alto dal suolo e dalla maggiore campata delle loro pale. Le considerazioni economiche diventano quindi importanti qui.

Il fattore di capacità viene costantemente aumentato con il miglioramento della tecnologia. Le turbine eoliche costruite nel 2014 hanno raggiunto un fattore di capacità del 41,2% rispetto al 31,2% delle turbine costruite tra il 2004 e il 2011, secondo Green Tech Media. Tuttavia, il fattore di capacità del vento è influenzato non solo dalla tecnologia, ma anche dalla stessa disponibilità del vento. Pertanto, nel 2015 il fattore di capacità delle turbine era inferiore alla media degli anni precedenti a causa della 'siccità eolica', spiega Green Tech Media.

Confronto con altre fonti di alimentazione

L'efficienza energetica del vento è migliore dell'efficienza energetica del carbone. Solo il 29-37% dell'energia nel carbone viene convertita in elettricità e il gas ha quasi la stessa efficienza del vento poiché il 32-50% dell'energia nel gas può essere convertito in elettricità.

Tuttavia, in termini di fattori di capacità, combustibili fossili ha ottenuto risultati migliori dell'eolico negli Stati Uniti nel 2016 secondo NOI. Amministrazione dell'informazione energetica (VIA) .

• Gli impianti a carbone negli Stati Uniti hanno funzionato al 52,7% della loro capacità.
• Il fattore di capacità per gli impianti a gas è stato del 56% negli Stati Uniti.
• L'energia nucleare aveva un fattore di capacità del 92,5%, secondo EIA figures for non-fossil fuels .
• Il fattore di capacità dell'energia idroelettrica è stato del 38%.
• Il fattore di capacità dell'energia eolica è stato del 34,7%.

Quando si confronta la potenza prodotta da diverse fonti di energia, è meglio considerare non solo il fattore di capacità, ma anche la loro efficienza energetica. Questo è ciò che rende competitivo e fattibile aumentare la produzione di energia da fonte eolica rispetto ai combustibili fossili, che risentono anche dei problemi di inquinamento che provocano.

L'intermittenza influisce sulla produzione di energia eolica

L'energia eolica soffre di intermittenza poiché il vento non è sempre disponibile e può soffiare a velocità variabili, il che significa che l'energia viene generata a livelli incoerenti. Intermittenza energetica è il fenomeno in cui l'energia non è disponibile continua a causa di molti fattori che le persone non possono controllare. Quindi c'è una variazione nell'offerta.

Soluzioni all'intermittenza

Poiché la generazione di energia dalle turbine eoliche varia di ora in ora, o addirittura di secondo in secondo, i fornitori di energia devono disporre di maggiori riserve di energia per soddisfare e mantenere livelli costanti di alimentazione, spiega il Scienziato americano . Intermittenza significa non solo carenze ma anche periodi di eccessi; anche questo fornisce quindi una possibile soluzione. The American Scientist spiega che con l'aumento del numero di fonti di energia eolica, la differenza locale nelle condizioni meteorologiche e del vento può bilanciare carenze ed eccessi.

Previsioni meteorologiche e modelli migliorati rendono anche più facile tenere conto dei cambiamenti anche a breve termine dell'energia eolica. Un mix di fonti è necessario anche per le differenze anche diurne o stagionali nella generazione di energia eolica.

Indipendentemente dall'intermittenza, i nuovi parchi eolici diffusi negli Stati Uniti hanno effettivamente contribuito a stabilizzare l'alimentazione elettrica, specialmente durante condizioni meteorologiche estreme in Texas secondo Tecnica pulita .

Costo

Nel 2017, L'indipendente ha annunciato che la produzione di energia dal vento era più economica che dai combustibili fossili. È costato $ 50 per produrre un megawattora (MWh) nel 2017. Con il miglioramento della tecnologia, i costi continuano a diminuire, rendendolo più attraente rispetto alle tradizionali fonti di energia inquinanti. Gli Stati Uniti sperano di stimolare questo movimento fornendo incentivi governativi, per aumentare la quota di energia eolica che ha fornito il 6% della sua elettricità nel 2016 secondo VIA .

Wind EIS rileva che l'80% dei costi sono costi di capitale coinvolti nell'installazione delle turbine e il 20% è operativo. Tuttavia, poiché non sono coinvolti costi di carburante e considerando la potenza generata nel suo intero ciclo di vita, l'energia eolica è competitiva.

Energia senza carbonio

L'energia eolica è una delle alternative più efficienti all'energia da combustibili fossili. Si prevede che entro il 2050, 139 paesi che attualmente utilizzano il 99% dell'energia mondiale potrebbero utilizzare il 100% di energia rinnovabile. Eolico e solare potrebbero insieme fornire fino al 97% di questa energia, secondo a Rapporto del Forum Mondiale 2017 . Questo può aiutare a contenere l'aumento del riscaldamento globale al di sotto di 1,5°C. Che si tratti di un parco eolico su una collina o lungo una costa, la tecnologia delle turbine eoliche offre un modo molto più efficiente per generare elettricità utilizzabile rispetto alle fonti tradizionali non rinnovabili.