Vjetrenjača
Vjetrenjača (ijek.) ili vetrenjača (ek.), naprava koja pretvara kinetičku energiju vjetra u mehaničku energiju. Mehanička energija može da se koristi direktno (za pumpanje vode, mljevenje brašna) ili da se pretvara dalje, na primjer u električnu energiju kao kod većine savremenih vjetroelektrana.
Vjetrenjače koje proizvode električnu energiju su poznate i pod imenima „vjetrenjača za proizvodnju struje“, „turbina na vjetar“, „generator na vjetar“, ali je naziv koji se koristi u literaturi vjetroelektrana.
Vjetrenjače su mašine koje proizvode mehaničku energiju bez daljnjeg pretvaranja u električnu i obzirom da su veoma retke danas, jasno se čini razlika kada se govori o vjetrenjačama ili vjetroelektranama.
U oba slučaja energija vjetra se isprva pretvara u mehaničku preko rotora koji se okreće pod pritiskom vjetra. Krakovi rotora su u staro doba bili prekriveni platnom, trskom ili drvenim pločicama, a u novije vrijeme se uglavnom koristi elisa (propeler) od metala ili plastične mase, koja ima bolju efikasnost.
Postoje podaci o vjetrenjačama u Persiji oko godine 600. nove ere. Prve persijske vjetrenjače su imale vertikalnu osovinu i 6-12 jedara pokrivenih trskom ili platnom. Oko godine 1200., rasprostranjene su na širem području i pojavljuju se i u Evropi. Koriste se za mljevenje brašna i pumpanje vode, a kasnije i za odvajanje zrnja od stabljike, pilane i druge potrebe. Kasnije vjetrenjače evropske konstrukcije uglavnom koriste horizontalnu osovinu. U zadnjih 200 godina upotreba direktnih mehaničkih vjetrenjača u Evropi je skoro potpuno prestala zbog širenja parne mašine i kasnije, električnih motora i motora sa unutrašnjim sagorijevanjem.
Od kraja 19. vijeka počinje upotreba vjetrenjača i za proizvodnju električne energije (vjetroelektrana), ali tek u zadnje vrijeme u većim količinama. Proizvodnja električne energije iz vjetroelektrana je porasla 5 puta od 2000. do 2007. godine.
Jednostavne za izradu, velikog obrtnog momenta, izdržljive, i većina bez potrebe da se okreću "u vjetar", ovo su bile prve vjetrenjače u upotrebi u Persiji i Kini. Jedra su bila pokrivena sa trskom ili platnom. U današnje vrijeme dolazi do rasta interesovanja za ovu vrstu vjetrenjača, pogotovo za manje ili amaterske instalacije.
U dizajne ove vrste spadaju:
- anemometar - jednostavna sprava za mjerenje brzine vjetra, sa šupljim polukuglama za "hvatanje" vjetra
- Savonius (Savonius) turbina
- Darius (Darrieus) turbina
i mnoge druge vrste, kojima je zajedničko to što im je osovina vertikalna.
Isprva u nepokretnom tornju tamo gdje je vjetar stalnog smjera, kasnije verzije u zapadnoj Evropi se grade sa pomičnim tornjem, koji se ručno usmjerava "prema vjetru" (eng. post windmill). Krajem 18. vijeka se uvodi niz inovacija koje su omogućile automatsko okretanje vjetrenjače "u vjetar", uglavnom uz pomoć repa ili dodatne male vjetrenjače koja je okretala vrh tornja. Potpuno potisnute pojavom parnih mašina, elektromotora i motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, sve više se vraćaju u upotrebu u izmijenjenom obliku za proizvodnju električne energije kao (vjetroelektrane).
Snaga koja je prenijeta na rotor vjetrenjače je proporcionalna površini koju pokriva rotor, gustini vazduha i kubu (trećem stepenu) brzine vjetra.
Dakle teoretska korisna snaga je:
- ,
gdje je
- P = snaga u W,
- α = faktor iskorišćenja,
- ρ = gustina vazduha u Kg/m³,
- r = radijus turbine u m, i
- v = brzina vazduha u m/s.
Pošto vjetrenjača uzima energiju od vazduha, brzina vazduha pada. Albert Bec, njemački naučnik, je ustanovio 1919. da vjetrenjača može da iskoristi najviše 59% od teoretske energije vjetra.
Kao primjer:
Recimo da je 15 °C na nivou mora i gustina vazduha je 1.225 Kg/m³. Vjetar brzine 8 m/s (28.8 Km/h) kroz rotor dijametra 100 m će pronijeti 77000 Kg vazduha kroz prostor krakova rotora turbine (vjetrenjače).
Ukupna snaga je 2.5 MW, ali samo 1.5 MW može da se iskoristi zbog Becovog zakona.
