Αιολική ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που παράγεται από την εκμετάλλευση του ανέμου. Η ενέργεια αυτή χαρακτηρίζεται "ήπια μορφή ενέργειας" και περιλαμβάνεται στις "καθαρές" πηγές, όπως συνηθίζονται να λέγονται οι πηγές ενέργειας που δεν εκπέμπουν ή δεν προκαλούν ρύπους. Η αρχαιότερη μορφή εκμετάλλευσης της αιολικής ενέργειας ήταν τα ιστία (πανιά) των πρώτων ιστιοφόρων και πολύ αργότερα οι ανεμόμυλοι στην ξηρά. Ονομάζεται αιολική γιατί στην ελληνική μυθολογία ο Αίολος ήταν ο θεός του ανέμου.
Η αιολική ενέργεια είναι μια βιώσιμη και ανανεώσιμη ενέργεια και έχει πολύ μικρότερο αντίκτυπο στο περιβάλλον σε σύγκριση με την καύση ορυκτών καυσίμων, γι' αυτό αποτελεί σήμερα μια ελκυστική λύση στο πρόβλημα της ηλεκτροπαραγωγής. Το «καύσιμο» της είναι άφθονο, αποκεντρωμένο και δωρεάν. Δεν εκλύονται αέρια και άλλοι ρύποι, και οι επιπτώσεις στο περιβάλλον είναι μικρές σε σύγκριση με τα εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής από συμβατικά καύσιμα. Επίσης, τα οικονομικά οφέλη μιας περιοχής από την ανάπτυξη της αιολικής βιομηχανίας είναι αξιοσημείωτα.
Ο άνεμος είναι μια διακοπτόμενη πηγή ενέργειας, η οποία δεν μπορεί να παράγει ηλεκτρισμό ούτε να αποστέλλεται κατόπιν ζήτησης. Παρέχει επίσης μεταβλητή ισχύ, η οποία είναι σταθερή συνολικά από έτος σε έτος, χωρίς δηλαδή σημαντικές διακυμάνσεις αλλά ποικίλλει σε μικρότερα χρονικά διαστήματα. Επομένως, πρέπει να χρησιμοποιείται μαζί με άλλες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας ή να αποθηκεύεται με σκοπό την παροχή αξιόπιστης και συνεχούς τροφοδοσίας. Όταν αυξάνεται το ποσοστό της αιολικής ενέργειας σε μια περιοχή, απαιτούνται συμβατικές πηγές ενέργειας για την υποστήριξη (όπως η ενέργεια από ορυκτά καύσιμα και η πυρηνική ενέργεια). Για να μπορέσει να λειτουργήσει όμως ένα τέτοιο δίκτυο, ενδέχεται να χρειάζεται αναβάθμιση. Αυτή η αναβάθμιση μπορεί να επιτευχθεί με τεχνικές διαχείρισης ισχύος, όπως είναι η ύπαρξη πηγών τροφοδοσίας, η υδροηλεκτρική ενέργεια, η πλεονάζουσα χωρητικότητα, οι γεωγραφικά κατανεμημένοι στρόβιλοι, η εξαγωγή και εισαγωγή ισχύος σε γειτονικές περιοχές, η αποθήκευση ενέργειας ή ακόμα και η μείωση της ζήτησης όταν η παραγωγή αιολικής ενέργειας είναι χαμηλή. Σημαντική βοήθεια προσφέρει η πρόγνωση του καιρού, η οποία επιτρέπει στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας να προετοιμαστεί για τις προβλέψιμες διακυμάνσεις που συμβαίνουν στην παραγωγή.
Ιστορία
Η πρώτη αυτόματη ανεμογεννήτρια, κατασκευάστηκε στο Κλίβελαντ το 1887 από τον Charles F. Brush.
Η αιολική ενέργεια έχει χρησιμοποιηθεί για όσο διάστημα οι άνθρωποι έβαζαν πανιά στον άνεμο. Ο Codex του King Hammurabi (βασιλείς 1792 - 1750 π.Χ.) ανέφερε ήδη ανεμόμυλους για την παραγωγή μηχανικής ενέργειας. Ανεμοκίνητα μηχανήματα που χρησιμοποιούνται για την άλεση σιτηρών και άντλησης νερού, του ανεμόμυλου και της αντλίας αέρα, αναπτύχθηκαν μέχρι τον 9ο αιώνα στις περιοχές που βρίσκονται τώρα Ιράν, Αφγανιστάν και Πακιστάν. Οι αντλίες με αιολική ενέργεια αποστράγγιζαν μεγάλες εκτάσεις της Ολλανδίας ενώ σε άνυδρες περιοχές όπως η αμερικανική δύση ή την Αυστραλία, οι αντλίες ανέμου παρείχαν νερό για κτηνοτροφία και ατμομηχανές.
Ο πρώτος ανεμόμυλος που χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας κατασκευάστηκε στη Σκωτία τον Ιούλιο του 1887 από τον καθηγητή James Blyth από το Anderson's College της Γλασκόβης. Η ύψους 10 μέτρων ανεμογεννήτρια τοποθετήθηκε στον κήπο του εξοχικού σπιτιού του Blyth στο Marykirk και χρησιμοποιήθηκε για τη φόρτιση των συσσωρευτών που ανέπτυξε ο Γάλλος Camille Alphonse Faure, για την τροφοδοσία του φωτισμού στο εξοχικό του, καθιστώντας έτσι το πρώτο σπίτι στον κόσμο που τροφοδοτείται με ηλεκτρική ενέργεια από αιολική ενέργεια. Ο Blyth προσέφερε την πλεονασματική ηλεκτρική ενέργεια στους κατοίκους της Marykirk για το φωτισμό του κεντρικού δρόμου, ωστόσο εκείνοι απέρριψαν την προσφορά καθώς πίστευαν ότι η ηλεκτρική ενέργεια ήταν «το έργο του διαβόλου». Αν και αργότερα ο Blyth δημιούργησε μια ανεμογεννήτρια για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας έκτακτης ανάγκης στο τοπικό Lunatic Asylum, ιατρείο του Montrose, η εφεύρεση δεν χρησιμοποιήθηκε ποτέ πραγματικά καθώς η τεχνολογία δεν θεωρήθηκε οικονομικά βιώσιμη.
Πέρα από τον Ατλαντικό, στο Κλίβελαντ του Οχάιο, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ένα μεγαλύτερο και βαρύτερο μηχάνημα το χειμώνα του 1887-1888 από τον Charles F. Brush. Αυτό κατασκευάστηκε από την εταιρεία μηχανικής του στο σπίτι του και λειτούργησε από το 1886 έως το 1900. Η ανεμογεννήτρια Brush είχε ρότορα διαμέτρου 17 μέτρων και τοποθετήθηκε σε πύργο 18 μέτρων, ενώ ζύγιζε 3,6 τόνους. Παρόλο που είναι μεγαλύτερο από τα σημερινά πρότυπα, το μηχάνημα τροφοδοτήθηκε από γεννήτρια των 12 kW. Το συνδεδεμένο δυναμό χρησιμοποιήθηκε είτε για τη φόρτιση μιας συστοιχίας μπαταριών είτε για τη λειτουργία έως και 100 λαμπτήρων πυρακτώσεως, τριών λαμπτήρων τόξου και διάφορων κινητήρων στο εργαστήριο του Brush.
Με την ανάπτυξη της ηλεκτρικής ενέργειας, η αιολική ενέργεια βρήκε νέες εφαρμογές σε φωτισμό κτιρίων που απέχουν από την κεντρικά παραγόμενη ενέργεια. Καθ’ όλη τη διάρκεια του 20ου αιώνα, παράλληλα μονοπάτια ανέπτυξαν μικρούς αιολικούς σταθμούς κατάλληλους για αγροκτήματα ή κατοικίες. Η πετρελαϊκή κρίση του 1973 πυροδότησε την έρευνα στη Δανία και τις Ηνωμένες Πολιτείες που οδήγησε σε μεγαλύτερες ανεμογεννήτριες καλύτερων αποδόσεων που θα μπορούσαν να συνδεθούν με ηλεκτρικά δίκτυα για απομακρυσμένη χρήση ισχύος. Μέχρι το 2008, η εγκατεστημένη χωρητικότητα των ΗΠΑ είχε φτάσει τα 25,4 GW και το 2012 η εγκατεστημένη χωρητικότητα ήταν 60 GW. Σήμερα, οι ανεμογεννήτριες λειτουργούν σε κάθε εύρος μεγέθους μεταξύ μικροσκοπικών σταθμών για φόρτιση μπαταρίας σε απομονωμένες κατοικίες, έως και υπεράκτια αιολικά πάρκα μεγέθους σχεδόν GW που παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια σε εθνικά ηλεκτρικά δίκτυα.
Βασικές Αρχές
Η αιολική ενέργεια είναι η κινητική ενέργεια του αέρα σε κίνηση. Η συνολική αιολική ενέργεια που ρέει μέσω μιας φανταστικής επιφάνειας με εμβαδόν Α κατά τη διάρκεια του χρόνου είναι:
\( {\displaystyle E={\frac {1}{2}}mv^{2}={\frac {1}{2}}(Avt\rho )v^{2}={\frac {1}{2}}At\rho v^{3}} \)
Ανεμογεννήτρια[νεκρός σύνδεσμος] στην παραλία στο Hvide Sande
όπου ρ είναι η πυκνότητα του αέρα, v είναι η ταχύτητα του ανέμου, Avt είναι ο όγκος του αέρα που διέρχεται από το Α (ο οποίος θεωρείται κάθετος προς την κατεύθυνση του ανέμου). Επομένως, το Avtρ είναι η μάζα που διέρχεται από το "Α". ½ ρv^2 είναι η κινητική ενέργεια του κινούμενου αέρα ανά μονάδα όγκου.
Η ισχύς είναι ενέργεια ανά μονάδα χρόνου, οπότε η ισχύς της αιολικής ενέργειας μέσω μιας επιφάνειας Α (π.χ. την περιοχή του ρότορα μιας ανεμογεννήτριας) είναι:
\( {\displaystyle P={\frac {E}{t}}={\frac {1}{2}}A\rho v^{3}} \)
Η αιολική ενέργεια ενός ρεύματος αέρα είναι επομένως ανάλογη με τον κύβο της ταχύτητας του ανέμου, δηλαδή η διαθέσιμη ισχύς οκταπλασιάζεται όταν η ταχύτητα του ανέμου διπλασιάζεται. Οι ανεμογεννήτριες για ηλεκτρική ισχύ στο δίκτυο, επομένως, πρέπει να είναι ιδιαίτερα αποδοτικές σε μεγαλύτερες ταχύτητες ανέμου.
Μέσω της αξιολόγησης των αιολικών πόρων είναι δυνατή η παροχή εκτιμήσεων του αιολικού δυναμικού σε παγκόσμιο επίπεδο, ανά χώρα ή περιοχή ή για έναν συγκεκριμένο μέρος. Μια παγκόσμια αξιολόγηση του δυναμικού αιολικής ενέργειας είναι διαθέσιμη μέσω του Παγκόσμιου Άτλαντα Αιολικής που παρέχεται από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Δανίας σε συνεργασία με την Παγκόσμια Τράπεζα. Σε αντίθεση με τους «στατικούς» ατλαντικούς πόρους που εκτιμούν τη μέση ταχύτητα της ταχύτητας του ανέμου και την πυκνότητα ισχύος σε πολλά χρόνια, εργαλεία όπως το Renewables.ninja παρέχουν προσομοιώσεις ταχύτητας και εξόδου ισχύος που ποικίλουν από διαφορετικά μοντέλα ανεμογεννητριών σε ωριαία ανάλυση. Πιο αναλυτικές εκτιμήσεις του δυναμικού αιολικών πόρων μπορούν να ληφθούν από εξειδικευμένους εμπορικούς παρόχους, ενώ πολλοί από τους μεγαλύτερους αιολικούς προγραμματιστές δουλεύουν πάνω στη μοντελοποίηση εσωτερικών χώρων.
Η συνολική ποσότητα οικονομικώς εκμεταλλεύσιμης ισχύος που διατίθεται από τον άνεμο είναι πολύ μεγαλύτερη από την τρέχουσα ανθρώπινη χρήση από όλες τις πηγές. Ο Axel Kleidon του Ινστιτούτου Max Planck στη Γερμανία, πραγματοποίησε έναν υπολογισμό «top-down»(από πάνω προς τα κάτω) σχετικά με το πόση αιολική ενέργεια υπάρχει, ξεκινώντας από την εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία που οδηγεί τους ανέμους δημιουργώντας διαφορές θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα. Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι κάπου μεταξύ 18 TW και 68 TW θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί.
Παραγωγή Αιολικής Ενέργειας
Η παγκόσμια χωρητικότητα αιολικής ενέργειας τετραπλασιάστηκε μεταξύ του 2000 και του 2006. Η βιομηχανία αιολικής ενέργειας έθεσε νέα ρεκόρ το 2014, όταν εγκαταστάθηκαν περισσότερα από 50 GW νέας χωρητικότητας. Ένα άλλο πρωτοποριακό γεγονός που σημειώθηκε το 2015, ήταν η κατά 22% ετήσια αύξηση της αγοράς, με αποτέλεσμα αυτή να ξεπεράσει το όριο των 60 GW. Το 2015, σχεδόν το ήμισυ του συνόλου της νέας αιολικής ενέργειας προστέθηκε εκτός των παραδοσιακών αγορών στην Ευρώπη και τη Βόρεια Αμερική. Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό σε νέες κατασκευές στην Κίνα και την Ινδία. Τα στοιχεία του Παγκόσμιου Συμβουλίου Αιολικής Ενέργειας (GWEC) δείχνουν ότι το 2015 σημείωσε αύξηση της εγκατεστημένης χωρητικότητας άνω των 63 GW, αυξάνοντας τη συνολική εγκατεστημένη χωρητικότητα αιολικής ενέργειας σε 432,9 GW, από 74 GW το 2006. Όσον αφορά την οικονομική αξία, ο τομέας της αιολικής ενέργειας έχει γίνει ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες στις αγορές ενέργειας, με τις συνολικές επενδύσεις να φτάνουν τα 329 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ (296,6 δισεκατομμύρια ευρώ), αύξηση 4% σε σχέση με το 2014. Αν και η βιομηχανία αιολικής ενέργειας επηρεάστηκε από την παγκόσμια οικονομική κρίση το 2009 και το 2010, η GWEC προβλέπει ότι η εγκατεστημένη ισχύς της αιολικής ενέργειας θα είναι 792,1 GW έως το τέλος του 2020 και 4.042 GW μέχρι το τέλος του 2050. Αυτή η αύξηση της χρήσης της αιολικής ενέργειας συνοδεύεται από χαμηλές τιμές για την επικείμενη ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η χερσαία αιολική ενέργεια είναι ήδη η φθηνότερη επιλογή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και το κόστος συνεχίζει να μειώνεται. Στην Ευρωπαϊκή Ένωση το 2015, το 44% όλων των νέων δυνατοτήτων παραγωγής ήταν αιολική ενέργεια. ενώ την ίδια περίοδο μειώθηκε η καθαρή ισχύς ορυκτών καυσίμων.
Δεδομένου ότι η ταχύτητα του ανέμου δεν είναι σταθερή, η ετήσια παραγωγή ενέργειας ενός αιολικού πάρκου δεν είναι ποτέ όσο το άθροισμα των ονομαστικών επιδόσεων γεννήτριας πολλαπλασιασμένο επί το σύνολο των ωρών σε ένα χρόνο. Ο λόγος της πραγματικής παραγωγικότητας σε ένα έτος προς αυτό το θεωρητικό μέγιστο ονομάζεται συντελεστής χωρητικότητας. Οι τυπικοί συντελεστές χωρητικότητας είναι 15-50%. Οι τιμές στο άνω άκρο του εύρους επιτυγχάνονται σε ευνοϊκές τοποθεσίες και οφείλονται σε βελτιώσεις σχεδιασμού ανεμογεννητριών. Πρακτικά, οι εκτιμήσεις των συντελεστών χωρητικότητας για εγκαταστάσεις αιολικής ενέργειας κυμαίνονται από 35% έως 44%.Σε αντίθεση με τις μονάδες παραγωγής καυσίμων, ο συντελεστής χωρητικότητας επηρεάζεται από διάφορες παραμέτρους, συμπεριλαμβανομένης της μεταβλητότητας του ανέμου στην τοποθεσία και του μεγέθους της γεννήτριας σε σχέση με την περιοχή σάρωσης του στροβίλου. Μια μικρή γεννήτρια θα είναι φθηνότερη και θα επιτυγχάνει υψηλότερο συντελεστή χωρητικότητας, αλλά θα παράγει λιγότερη ηλεκτρική ισχύ (και συνεπώς μικρότερο κέρδος) σε υψηλούς ανέμους. Αντίθετα, μια μεγάλη γεννήτρια θα κόστιζε περισσότερο, αλλά θα παράγει λίγη επιπλέον ισχύ και, ανάλογα με τον τύπο, μπορεί να σταματήσει με χαμηλή ταχύτητα ανέμου. Έτσι θα επιδιωκόταν ένας βέλτιστος συντελεστής χωρητικότητας περίπου 40-50%.Μια μελέτη του 2008 που εκδόθηκε από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ σημείωσε ότι ο συντελεστής χωρητικότητας των νέων αιολικών εγκαταστάσεων αυξανόταν καθώς η τεχνολογία βελτιωνόταν και προέβλεψε περιθώριο για ακόμα περαιτέρω βελτιώσεις στους μελλοντικούς συντελεστές. Το 2010, το τμήμα υπολόγισε ότι ο συντελεστής χωρητικότητας των νέων ανεμογεννητριών ήταν 45%. Ο ετήσιος μέσος συντελεστής χωρητικότητας για την παραγωγή ανέμου στις ΗΠΑ κυμάνθηκε μεταξύ 29,8% και 34% κατά την περίοδο 2010-2015.Το 2018, η παγκόσμια χωρητικότητα αιολικής ενέργειας αυξήθηκε κατά 9,6% σε 591 GW και η ετήσια παραγωγή αιολικής ενέργειας αυξήθηκε κατά 10%, φτάνοντας το 4,8% της παγκόσμιας χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας και παρέχοντας το 14% της ηλεκτρικής ενέργειας στην Ευρωπαϊκή Ένωση.
Η συνεισφορά αιολικής ενέργειας είναι το κλάσμα της ενέργειας που παράγεται από τον άνεμο σε σύγκριση με τη συνολική παραγωγή ενέργειας. Η συνεισφορά της αιολικής ενέργειας στην παγκόσμια χρήση ηλεκτρικής ενέργειας στο τέλος του 2018 ήταν 4,8%, από 3,5% το 2015. Η Δανία είναι η χώρα με την υψηλότερη συνεισφορά, αφού το 43,4% της καταναλισκόμενης ηλεκτρικής ενέργειας της παράγεται από αιολική ενέργεια. Τουλάχιστον 83 άλλες χώρες χρησιμοποιούν την αιολική ενέργεια για να τροφοδοτήσουν τα ηλεκτρικά τους δίκτυα.
Μεταβλητότητα και Προβλεψιμότητα
Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από την αιολική ενέργεια μπορεί να είναι εξαιρετικά μεταβλητή σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα: ωριαία, καθημερινή ή εποχιακή. Υπάρχει επίσης ετήσια διακύμανση, αλλά δεν είναι τόσο σημαντική. Επειδή η στιγμιαία ηλεκτρική παραγωγή και κατανάλωση πρέπει να παραμείνουν σε ισορροπία για τη διατήρηση της σταθερότητας του δικτύου, αυτή η μεταβλητότητα μπορεί να παρουσιάσει σημαντικές προκλήσεις για την ενσωμάτωση μεγάλων ποσοτήτων αιολικής ενέργειας σε ένα σύστημα δικτύου. Ο διακοπτόμενος χρόνος και η μεταβλητότητα της παραγωγής αιολικής ενέργειας μπορούν να αυξήσουν το κόστος ρύθμισης, το σταδιακό αποθεματικό λειτουργίας και σε ακραίες περιπτώσεις θα μπορούσαν να μεταβάλλουν την ενεργειακή ζήτηση της περιοχής. Οι διακυμάνσεις στο φορτίο και το περιθώριο αστοχίας μεγάλων μονάδων παραγωγής ορυκτών καυσίμων απαιτούν λειτουργική εφεδρική χωρητικότητα, η οποία μπορεί να αυξηθεί για να αντισταθμίσει τη μεταβλητότητα της παραγωγής ανέμου. Η αιολική ενέργεια είναι μεταβλητή και κατά τις περιόδους χαμηλού ανέμου πρέπει να αντικατασταθεί από άλλες πηγές ισχύος. Αν και τα δίκτυα μεταφοράς σήμερα αντιμετωπίζουν διακοπές ρεύματος και καθημερινές αλλαγές στην ηλεκτρική ζήτηση, καταφέρνουν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις του δικτύου χωρίς διακοπές. Ωστόσο, η μεταβλητότητα των διαλείπων πηγών ενέργειας όπως η αιολική ενέργεια είναι συχνότερη με αποτέλεσμα να μπορεί να ανταποκριθεί μόνο μέχρι το 95% του χρόνου λειτουργίας.
Συγκρότημα[νεκρός σύνδεσμος] παραγωγής Sir Adam Beck της Ontario Power Generation. Η μεγαλύτερη πηγή υδροηλεκτρικής ενέργειας στο Οντάριο.
Η ηλιακή ενέργεια τείνει να είναι συμπληρωματική του ανέμου. Σε καθημερινές έως εβδομαδιαίες χρονικές κλίμακες, οι περιοχές υψηλής πίεσης τείνουν να φέρουν καθαρό ουρανό και άνεμους χαμηλής έντασης, ενώ οι περιοχές χαμηλής πίεσης τείνουν να είναι πιο ανεμώδεις και νεφελώδεις. Σε εποχιακά χρονικά διαστήματα, η ηλιακή ενέργεια κορυφώνεται το καλοκαίρι, ενώ σε πολλές περιοχές η αιολική ενέργεια είναι χαμηλότερη το καλοκαίρι και υψηλότερη το χειμώνα. Έτσι, η εποχιακή διακύμανση της αιολικής και ηλιακής ενέργειας τείνει να ακυρώσει η μια την άλλη κατά κάποιον τρόπο. Παρότι χρησιμοποιούνται μέθοδοι πρόβλεψης αιολικής ενέργειας, η προβλεψιμότητα οποιουδήποτε συγκεκριμένου αιολικού πάρκου είναι χαμηλή για βραχυπρόθεσμη λειτουργία. Για οποιαδήποτε γεννήτρια, υπάρχει πιθανότητα 80% ότι η έξοδος ανέμου θα αλλάξει λιγότερο από 10% σε μια ώρα και 40% πιθανότητα ότι θα αλλάξει 10% ή περισσότερο σε 5 ώρες. Ωστόσο, μελέτες του Graham Sinden (2009) υποδηλώνουν ότι, στην πράξη, οι διαφορές σε χιλιάδες ανεμογεννήτριες, απλωμένες σε πολλές διαφορετικές τοποθεσίες και αιολικά καθεστώτα, εξομαλύνονται. Καθώς αυξάνεται η απόσταση μεταξύ των τοποθεσιών, μειώνεται η συσχέτιση μεταξύ των ταχυτήτων ανέμου που μετρήθηκαν σε αυτές τις τοποθεσίες. Έτσι, ενώ η έξοδος από έναν μόνο στρόβιλο μπορεί να ποικίλει πολύ και γρήγορα καθώς οι τοπικές ταχύτητες ανέμου ποικίλλουν, καθώς περισσότεροι στρόβιλοι συνδέονται σε πιο εκτεταμένες περιοχές, η μέση ισχύς εξόδου γίνεται λιγότερο μεταβλητή και πιο προβλέψιμη. Η αιολική ενέργεια δεν υφίσταται ποτέ μεγάλες τεχνικές βλάβες, καθώς οι αστοχίες μεμονωμένων ανεμογεννητριών δεν έχουν σχεδόν καμία επίδραση στη συνολική ισχύ, έτσι ώστε η κατανεμημένη αιολική ενέργεια να είναι αξιόπιστη και προβλέψιμη, ενώ οι συμβατικές γεννήτριες, αν και πολύ λιγότερο μεταβλητές , μπορεί να υποστούν μεγάλες απρόβλεπτες διακοπές λειτουργίας.
Σε συγκεκριμένες γεωγραφικές περιοχές, οι μέγιστες ταχύτητες ανέμου ενδέχεται να μην συμπίπτουν με τη μέγιστη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Στις Ηνωμένες Πολιτείες της Καλιφόρνια και του Τέξας, για παράδειγμα, οι ζεστές μέρες το καλοκαίρι μπορεί να έχουν χαμηλή ταχύτητα ανέμου και υψηλή ηλεκτρική ζήτηση λόγω της χρήσης κλιματισμού. Ορισμένες επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας επιδοτούν την αγορά γεωθερμικών αντλιών θερμότητας από τους πελάτες τους, για να μειώσουν τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, καθιστώντας τον κλιματισμό έως και 70% πιο αποδοτικό. Η ευρεία υιοθέτηση αυτής της τεχνολογίας θα μπορούσε να λύσει το πρόβλημα της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας σε περιοχές με ζεστά καλοκαίρια και χαμηλούς καλοκαιρινούς ανέμους, δηλαδή σε περιοχές με περιορισμένη διαθεσιμότητα του ανέμου κατά το καλοκαίρι.
Ανεμογεννήτριες
Απεικόνιση μιας ανεμογεννήτριας
Η ανεμογεννήτρια είναι μια αιολική μηχανή που μετατρέπει τον άνεμο από κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Η κατασκευή της αποτελείται από μία στήλη κάθετη προς το έδαφος και από μία τουρμπίνα στην κορυφή της. Μικρές ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούνται για διάφορες εφαρμογές όπως η φόρτιση μπαταριών, για συμπληρωματική ενέργεια σε σκάφη και τροχόσπιτα ή για τροφοδοσία ρεύματος σε πινακίδες. Μεγαλύτερες ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούνται για παροχή ρεύματος σε σπίτια. Πλήθος τέτοιων ανεμογεννητριών συγκροτούν τα αιολικά πάρκα, που αποτελούν ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Πολλές χώρες έχουν κατασκευάσει αιολικά πάρκα, με σκοπό τη μείωση εκπομπής ρυπογόνων ουσιών και την απεξάρτησή τους από τα ορυκτά καύσιμα. Μια εγκατάσταση ανεμογεννητριών αποτελείται από τα απαραίτητα συστήματα που απαιτούνται για την εκμετάλλευση της ενέργειας του ανέμου, τη μετατροπή της μηχανικής περιστροφής σε ηλεκτρική ενέργεια και άλλα συστήματα για την εκκίνηση, τη διακοπή και τον έλεγχο του στροβίλου.
Αποδοτικότητα
Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί όλη η αιολική ενέργεια για παραγωγή ενέργειας, αν και έχουν κατασκευαστεί ορισμένες μικρές ανεμογεννήτριες, σχεδιασμένες να λειτουργούν σε χαμηλές ταχύτητες ανέμου.
Οι ανεμογεννήτριες υπακούν στην αρχή διατήρησης της μάζας: η μάζα αέρα που εισέρχεται στην ανεμογεννήτρια θα πρέπει να είναι ίση με τη μάζα που εξέρχεται από αυτή. Σύμφωνα με το νόμο του Μπετζ, η μέγιστη αναλογία αιολικής/κινητικής ενέργειας είναι 16/27 (59,3%).
Η μέγιστη θεωρητική παραγωγή ενέργειας είναι 16/27 φορές την κινητική ενέργεια του ανέμου που περνά από τις παραγωγικές περιοχές της γεννήτριας. Συνεπώς, αν το εμβαδόν των περιοχών αυτών είναι Α και η ταχύτητα του ανέμου v, τότε η θεωρητική παραγωγή παραγωγής ενέργειας P δίνεται από τον τύπο:
\( {\displaystyle P={\frac {16}{27}}{\frac {1}{2}}\rho v^{3}A={\frac {8}{27}}\rho v^{3}A}, \)
όπου ρ είναι η πυκνότητα αέρα.
Καθώς ο αέρας παρέχεται δωρεάν (δεν έχει κάποιο κόστος), η αποδοτικότητα αέρα-ρότορα (συμπεριλαμβανομένου της τριβής των πτερυγίων) είναι μία από τις πολλές περιπτώσεις που επηρεάζουν την τελική τιμή της αιολικής ενέργειας. Περαιτέρω ανεπάρκειες, όπως απώλεια στο κιβώτιο ταχυτήτων ή της γεννήτριας και του μετατροπέα μπορούν να μειώσουν την παραγωγή ενέργειας της ανεμογεννήτριας. Για να προστατευθούν τα εξαρτήματα από αδικαιολόγητες φθορές, πολλές φορές η παραγόμενη ενέργεια διατηρείται σταθερά λίγο πάνω από την ονομαστική ταχύτητα λειτουργίας όσο η θεωρητική δύναμη της κινητικής ενέργειας υψώνεται στον κύβο, ώστε να επιτευχθεί περαιτέρω μείωση της θεωρητικής απόδοσης. Το 2001, η αποδοτικότητα των ανεμογεννητριών άγγιζε το 75-80% από το όριο του Μπετζ της δύναμης του ανέμου, σε σχέση με την εκτιμώμενη ταχύτητα λειτουργίας.
Η αποδοτικότητα αρχίζει να μειώνεται ελαφρώς με την πάροδο του χρόνου, λόγω φθοράς. Στη Δανία αναλύθηκαν 3.128 ανεμογεννήτριες άνω των 10 ετών όπου στις μισές δεν παρατηρήθηκε καμία πτώση της αποδοτικότητας, ενώ στις υπόλοιπες παρατηρήθηκε πτώση της τάξης του 1,2% ανά έτος. Οι ανεμογεννήτριες με κάθετο άξονα περιστροφής έχουν μικρότερη απόδοση σε σχέση με αυτές με οριζόντιο άξονα.
Εξαρτήματα
ανεμογεννήτριας [https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/horizontal-axis-wind-turbine οριζόντιου άξονα
]
Κατασκευή - Υλικά και αντοχή
Οι ανεμογεννήτριες είναι σχεδιασμένες, χρησιμοποιώντας μια σειρά από τεχνικές μοντελοποίησης, να εκμεταλλεύονται την αιολική ενέργεια που υπάρχει στην περιοχή. Η αεροδυναμική μοντελοποίηση χρησιμοποιείται για να καθοριστεί το βέλτιστο ύψος του πύργου, τα συστήματα ελέγχου, τον αριθμό και το σχήμα των λεπίδων. Οι ανεμογεννήτριες μετατρέπουν την ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι συμβατικές ανεμογεννήτριες οριζοντίου άξονα μπορούν να χωριστούν σε τρία βασικά εξαρτήματα:
Ο ρότορας, ο οποίος αποτελεί περίπου το 20% του κόστους της ανεμογεννήτριας, και περιλαμβάνει τις λεπίδες οι οποίες μετατρέπουν την αιολική ενέργεια σε χαμηλής ταχύτητας κινητική.
Η ανεμογεννήτρια, η οποία αποτελεί περίπου το 34% του κόστους. Περιλαμβάνει τη γεννήτρια, τα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου, και (συνήθως) το κιβώτιο ταχυτήτων τη διευθυντήρια οδηγό ταχύτητας ή τη συνεχώς μεταβαλλόμενη μετάδοση, οι οποίες μετατρέπουν τη χαμηλή ταχύτητα περιστροφής σε υψηλή, ώστε να παραχθεί ενέργεια.
Ο πύργος υποστήριξης, ο οποίος αποτελεί περίπου το 15% του κόστους και περιλαμβάνει τον πύργο και το μηχανισμό εκτροπής στροφών.
Μία ανεμογεννήτρια 1,5 MW (συχνός τύπος στις ΗΠΑ), έχει συνήθως ύψος 80 μέτρων. Ο ρότορας ζυγίζει 22.000 κιλά, ενώ η γεννήτρια, μαζί με τα υπόλοιπα εξαρτήματα ζυγίζει 52.000 κιλά. Ο πύργος αποτελείται από 26.000 κιλά χαλύβδινου οπλισμού και 190 κυβικά μέτρα σκυρόδεμα. Στη βάση, ο πύργος έχει 15 μέτρα διάμετρο, ενώ το τοίχωμα είναι 2,4 μέτρα παχύ. Ανάμεσα σε όλα τα συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, οι ανεμογεννήτριες έχουν την υψηλότερη αποτελεσματική ένταση σε σχέση με την επιφάνεια.
Εσωτερική άποψη του πύργου της ανεμογεννήτριας.
Τα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως για τα πτερύγια των ανεμογεννητριών είναι σύνθετα, καθώς τείνουν να έχουν υψηλή ακαμψία, υψηλή αντοχή, υψηλή αντίσταση κόπωσης και χαμηλό βάρος. Χρησιμοποιούνται ρητίνες για την κατασκευή των εξαρτημάτων, συνήθως πολυεστέρα, ενώ για την ενίσχυση χρησιμοποιείται γυάλινες ίνες και ίνες άνθρακα. Η κατασκευή μπορεί να γίνει είτε με στρώσεις ινών είτε με έκχυση των ινών σε καλούπι. Καθώς η τιμή των γυάλινων ινών είναι το ένα δέκατο της τιμής των ινών άνθρακα, οι γυάλινες ίνες είναι το κυρίαρχο υλικό. Καθώς αυξάνεται ο ανταγωνισμός στον τομέα της αιολικής ενέργειας, οι επιχειρήσεις αναζητούν τρόπους ώστε τα σχέδια τους να είναι πιο αποδοτικά. Ένας τρόπος που αυξάνει την απόδοση της ανεμογεννήτριας είναι η αύξηση της διαμέτρου του ρότορα και, συνεπώς, των πτερυγίων. Μετασκευές σε ήδη υπάρχουσες ανεμογεννήτριες μετριάζουν τον κίνδυνο και τις ανάγκες επανασχεδιασμού. Με την ενσωμάτωση ινών άνθρακα στα ήδη υπάρχοντα πτερύγια, οι κατασκευαστές στοχεύουν στην αύξηση του μήκους των πτερυγίων χωρίς να αυξηθεί το συνολικό βάρος. Η μεγαλύτερη ακαμψία και η χαμηλότερη πυκνότητα σημαίνουν ελαφρύτερα πτερύγια που προσφέρουν ισοδύναμες επιδόσεις. Σε ανεμογεννήτριες 10MW, το μήκος των πτερυγίων φτάνει τα 100 μέτρα και ζυγίζει 50 τόνους αν είναι κατασκευασμένο από γυάλινες ίνες. Όμως αν συνδυαστούν με ίνες άνθρακα, τότε το βάρος μειώνεται περίπου 20-30% (15 τόνοι). Οι ιδιότητες των ινών άνθρακα δεν διαφέρουν πολύ από αυτές των γυάλινων ινών και ως εκ τούτου, είναι δυνατό να τις αντικαταστήσουν.
Τύποι Ανεμογεννητριών
Οι ανεμογεννήτριες μπορεί να περιστρέφονται πάνω σε οριζόντιο ή κάθετο άξονα. Η πρώτη περίπτωση είναι η πιο συχνή αλλά και η πιο παλιά. Έχουν πτερύγια, πολλές φορές αποσπώμενα ή όχι. Οι ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα παράγουν λιγότερη ενέργεια και είναι λιγότερο συχνές.
Οριζόντιος άξονας
Εξαρτήματα ανεμογεννήτριας οριζόντιου άξονα (κιβώτιο ταχυτήτων, ρότορας και φρένα)
Οι ανεμογεννήτριες οριζοντίου άξονα (HAWT-horizontal-axis wind turbines) έχουν τοποθετημένους το ρότορα του άξονα και την ηλεκτρική γεννήτρια στην κορυφή ενός πύργου, στραμμένους προς την κατεύθυνση του ανέμου. Οι μικρές ανεμογεννήτριες κατευθύνονται από έναν ανεμοδείκτη, ενώ οι μεγαλύτερες χρησιμοποιούν έναν αισθητήρα και ένα βοηθητικό μοτέρ (σερβοκινητήρας) για να στραφούν προς την κατεύθυνση του ανέμου. Χρησιμοποιούν επίσης ένα κιβώτιο ταχυτήτων, το οποίο μετατρέπει την αργή περιστροφή των πτερυγίων σε μια ταχύτερη περιστροφή που απαιτείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Κάθε στερεό αντικείμενο παράγει στροβιλισμούς από πίσω όταν φυσάει ο άνεμος, που οδηγεί σε κόπωση του μετάλλου των ανεμογεννητριών. Έτσι η γεννήτρια τοποθετείται από την αντίθετη κατεύθυνση του πύργου υποστήριξης. Σε δυνατούς ανέμους, τα πτερύγια μπορούν να καμφθούν, μειώνοντας την αντίσταση του αέρα πάνω τους. Επιπλέον, τα πτερύγια τοποθετούνται σε απόσταση από τον πύργο υποστήριξης και μερικές φορές με μία μικρή κλίση προς τα εμπρός. Οι ανεμογεννήτριες που χρησιμοποιούνται σε αιολικά πάρκα για την εμπορική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας αποτελούνται συνήθως από τρία πτερύγια. Αυτή η διάταξη έχει χαμηλή κυμάτωση ροπής, η οποία συμβάλλει στην καλή αξιοπιστία. Τα πτερύγια είναι συνήθως λευκό χρώμα για να είναι ορατά από τα αεροσκάφη και το μήκος τους κυμαίνεται στα 20 με 80 μέτρα. Το μέγεθος και το ύψος των ανεμογεννητριών αυξάνεται με το πέρασμα του χρόνου. Ανεμογεννήτριες παραγωγής 8MW που έχουν χτιστεί σε θαλάσσια αιολικά πάρκα έχουν πτερύγια που φτάνουν τα 80 μ. Ο πύργος στον οποίο στηρίζεται η γεννήτρια, είναι κατασκευασμένος συνήθως από χάλυβα, έχει σχήμα σωληνοειδές και ύψος 70 ως 120 μέτρα, ενώ σε ακραίες περιπτώσεις φτάνει τα 160 μέτρα. Τα πτερύγια περιστρέφονται με ταχύτητα 10 έως 22 στροφές ανά λεπτό. Στις 22 περιστροφές ανά λεπτό, η ταχύτητα στις άκρες της λεπίδας υπερβαίνει τα 90 m/s. Όσο πιο υψηλή είναι η ταχύτητα περιστροφής, τόσο περισσότερο θόρυβος παράγεται και η διάβρωση των λεπίδων επιταχύνεται. Για να ενισχυθεί η ταχύτητα της γεννήτριας χρησιμοποιείται ένα κιβώτιο ταχυτήτων, αν και ορισμένες ανεμογεννήτριες μπορούν να παράγουν ενέργεια μόνο από την ταχύτητα του ρότορα. Ακόμα, πολλές γεννήτριες λειτουργούν με σταθερή ταχύτητα, αν και οι περισσότερες παράγουν ρεύμα με μεταβλητή ταχύτητα. Τέλος οι ανεμογεννήτριες είναι εξοπλισμένες με ένα σύστημα ασφαλείας για την αποφυγή ζημιών από την μεγάλη ταχύτητα του ανέμου, σταματώντας το ρότορα.
Ανεμογεννήτρια κάθετου άξονα
Κάθετος άξονας
Οι τρεις βασικοί τύποι ανεμογεννητριών
Οι ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα έχουν τοποθετημένο το ρότορα κάθετα στο έδαφος. Το βασικό πλεονέκτημα αυτού του τύπου είναι πως η γεννήτρια δε χρειάζεται να είναι στραμμένη προς την κατεύθυνση του ανέμου για να είναι παραγωγική, οπότε είναι πιο αποδοτική σε περιοχές με μεταβλητούς ανέμους, αφού περιστρέφονται κατά 360°. Επίσης, το κιβώτιο ταχυτήτων και η γεννήτρια βρίσκονται τοποθετημένα κοντά στο έδαφος, κάνοντάς τα πιο εύκολα προσβάσιμα για συντήρηση. Ωστόσο, το βασικό μειονέκτημα αυτών των ανεμογεννητριών είναι ότι παράγουν πολύ λιγότερη ενέργεια κατά μέσο όρο με την πάροδο του χρόνου. Άλλα μειονεκτήματα αυτού του τύπου είναι η σχετικά χαμηλή ταχύτητα περιστροφής του ρότορα, το υψηλότερο κόστος της γεννήτριας, ο χαμηλότερος συντελεστής απόδοσης, η μεγάλη φθορά των πτερυγίων λόγω της περιστροφής των 360° και η δυσκολία μοντελοποίησης του ανέμου κατά το σχεδιασμό, δυσκολεύοντας την ανάλυση και το σχεδιασμό του ρότορα κατά τη κατασκευή της ανεμογεννήτριας. Πολλές ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα είναι εγκατεστημένες στις κορυφές κτηρίων. Όμως δημιουργούνται στροβιλισμοί όταν περνάει ο άνεμος από τη γεννήτρια. Για βέλτιστη απόδοση μέγιστης ενέργειας σε σχέση με τους ελάχιστους στροβιλισμούς είναι όταν η γεννήτρια είναι περίπου το μισό ύψος του κτηρίου.
Αιολικά Πάρκα ή Αιολικοί Σταθμοί Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΑΣΠΗΕ)
Αιολικό πάρκο στο Χόλσταϊν της Γερμανίας.
Η σημερινή τεχνολογία βασίζεται σε ανεμογεννήτριες οριζοντίου άξονα 2 ή 3 πτερυγίων, με αποδιδόμενη ηλεκτρική ισχύ 200 – 400kW. Όταν εντοπιστεί μια ανεμώδης περιοχή – και εφόσον βέβαια έχουν προηγηθεί οι απαραίτητες μετρήσεις και μελέτες – για την αξιοποίηση του αιολικού της δυναμικού τοποθετούνται μερικές δεκάδες ανεμογεννήτριες, οι οποίες απαρτίζουν ένα «αιολικό πάρκο». Προφανώς προκύπτουν πλεονεκτήματα από την ομαδοποίηση των ανεμογεννητριών σε μια ανεμώδη τοποθεσία. Μερικοί σημαντικοί παράγοντες είναι το μειωμένο κόστος ανάπτυξης της τοποθεσίας, οι απλοποιημένες συνδέσεις σε γραμμές μεταφοράς, η εύκολη πρόσβαση για τον έλεγχο λειτουργίας και τη συντήρηση.
Η εγκατάσταση κάθε ανεμογεννήτριας διαρκεί 1-3 μέρες. Αρχικά ανυψώνεται ο πύργος και τοποθετείται τμηματικά πάνω στα θεμέλια. Μετά ανυψώνεται η άτρακτος στην κορυφή του πύργου. Στη βάση του πύργου συναρμολογείται ο ρότορας ή δρομέας (οριζοντίου άξονα, πάνω στον οποίο είναι προσαρτημένα τα πτερύγια), ο οποίος αποτελεί το κινητό μέρος της ανεμογεννήτριας. Η άτρακτος περιλαμβάνει το σύστημα μετατροπής της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Στη συνέχεια ο ρότορας ανυψώνεται και συνδέεται στην άτρακτο. Τέλος, γίνονται οι απαραίτητες ηλεκτρικές συνδέσεις.
Πριν τη δημιουργία ενός αιολικού πάρκου ή και οποιασδήποτε εγκατάστασης ΑΠΕ θα πρέπει να έχει προηγηθεί Μελέτη Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων (ΜΠΕ), αν και η συχνότητα ατυχημάτων πουλιών σε αιολικά πάρκα είναι πολύ μικρότερη αυτής των ατυχημάτων με αυτοκίνητα. Επιπλέον, για τη δημιουργία αιολικών πάρκων θα πρέπει να ληφθεί υπόψιν η επιβάρυνση που θα προκληθεί στην τοποθεσία, διότι για να χτιστεί η εγκατάσταση θα πρέπει να κοπούν δέντρα η γενικώς να καταστραφεί μέρος της γης στην οποία θα γίνει το εγχείρημα. Με την εξέλιξη όμως της τεχνολογίας και την αυστηρότερη επιλογή του τόπου εγκατάστασης (π.χ. πλωτές πλατφόρμες σε ανοικτή θάλασσα) παρακάμπτονται τα παραπάνω προβλήματα.
Ενώ τα χερσαία αιολικά πάρκα ήταν η μεγαλύτερη πηγή αιολικής ενέργειας σε παγκόσμιο επίπεδο, η μικρή στις μέρες μας αλλά ταχέως αναπτυσσόμενη υπεράκτια αγορά παρουσιάζει σημαντικές δυνατότητες για το μέλλον.
Ανεμόμυλοι και ιστιοφόρα στον ωκεανό
Υπεράκτια Αιολικά Πάρκα
Τα πλεονεκτήματα στην υπεράκτια αιολική ενέργεια περιλαμβάνουν την εγγύτητα σε μεγάλα παράκτια μητροπολιτικά κέντρα φορτίου, ώστε να μπορεί να αποφευχθεί το κόστος μεταφοράς. Επιπλέον, η τιμή της ηλεκτρικής ενέργειας τείνει να είναι υψηλότερη στις παράκτιες περιοχές, γι' αυτό τον λόγο η αιολική ενέργεια έχει ένα ανταγωνιστικό πλεονέκτημα. Οι παράκτιοι άνεμοι τείνουν επίσης να είναι ισχυρότεροι, σταθερότεροι και λιγότερο τυρβώδεις, και συχνά πνέουν το απόγευμα, όταν η ισχύς είναι πιο πολύτιμη. Εάν βρίσκονται αρκετά μακριά από την ακτή, η οπτική όχληση και ο θόρυβος αποτελούν μικρότερα προβλήματα σε σύγκριση με τα χερσαία αιολικά πάρκα. Από την άλλη, το θαλάσσιο περιβάλλον είναι απαιτητικό, η πρόσβαση για λόγους συντήρησης μπορεί να είναι δύσκολη, και τα κόστη είναι σημαντικά υψηλότερα συγκριτικά με αυτά των χερσαίων εγκαταστάσεων. Εκτιμάται ότι το σταθμισμένο κόστος της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας είναι περίπου διπλάσιο από αυτό των χερσαίων πάρκων. Η οικοδόμηση των αιολικών πάρκων εξαρτάται όχι μόνο από την ταχύτητα του ανέμου, αλλά και το βάθος του νερού και την απόσταση από την ακτή. Πιο μικρούς περιορισμούς αποτελούν τα κύματα, τα ρεύματα του ωκεανού, η ένταση των καταιγίδων, καθώς και η πιθανότητα το πάρκο να παρεμβαίνει στις θαλάσσιες οδούς και στα παραδοσιακά αλιευτικά πεδία. Οι περισσότερες υφιστάμενες εγκαταστάσεις είναι σε ύδατα βάθους μικρότερου από 30 μέτρα, το οποίο επιτρέπει σε μεμονωμένες ανεμογεννήτριες να τοποθετηθούν σε έναν πύργο, ο οποίος υποστηρίζεται από έναν μόνο σωλήνα χάλυβα που καταλήγει βαθιά μέσα στον πυθμένα της θάλασσας. Σε αυτά τα ρηχά ύδατα χρησιμοποιείται επίσης προεντεταμένο σκυρόδεμα για το βάρος στη βάση. Υπεράκτιες δομές έχουν αναπτυχθεί και στα λεγόμενα μεταβατικά ύδατα, βάθους 30-60 μέτρων. Η μεταφορά από υπεράκτιους μετασχηματιστές σε υποσταθμούς στην ξηρά γίνεται με υποβρύχια τριφασικά καλώδια.
Η κατάσταση στην Ελλάδα
Υπεράκτιο Αιολικό Πάρκο
Η Ελλάδα είναι μια χώρα με μεγάλη ακτογραμμή και τεράστιο πλήθος νησιών. Ως εκ τούτου, οι ισχυροί άνεμοι που πνέουν κυρίως στις νησιωτικές και παράλιες περιοχές προσδίδουν ιδιαίτερη σημασία στην ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας στη χώρα. Το εκμεταλλεύσιμο αιολικό δυναμικό εκτιμάται ότι αντιπροσωπεύει το 13,6% του συνόλου των ηλεκτρικών αναγκών της χώρας.
Ενέργειες για την ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας έχουν γίνει σε ολόκληρη τη χώρα, ενώ στο γεγονός αυτό έχει συμβάλλει και η πολιτική της Ευρωπαϊκής Ένωσης για τις ΑΠΕ, η οποία ενθαρρύνει και επιδοτεί επενδύσεις στις Ήπιες μορφές ενέργειας. Αλλά και σε εθνική κλίμακα, ο νέος αναπτυξιακός νόμος 3299/04, σε συνδυασμό με το νόμο για της ανανεώσιμες πηγές ενέργειας 3468/06, παρέχει ισχυρότατα κίνητρα ακόμα και για επενδύσεις μικρής κλίμακας. Σύμφωνα με την Ελληνική Επιστημονική Ένωση Αιολικής Ενέργειας, μέχρι το τέλος του 2019 συνδέθηκαν τα περισσότερα νέα αιολικά πάρκα (727,5ΜW), τετραπλασιάζοντας σχεδόν τον ετήσιο μέσο όρο της προηγούμενης δεκαετίας (185MW), επίδοση που αποτελεί ρεκόρ για την Ελλάδα[1].
Η περιφέρεια της Δυτικής Ελλάδας αν και έχει μικρότερο αιολικό δυναμικό σε σύγκριση με άλλες περιοχές, διαθέτει ένα ισχυρό ηλεκτρικό δίκτυο και το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με την ύπαρξη ανεμωδών «νησίδων» (λόφοι, υψώματα κλπ. με εκμεταλλεύσιμο αιολικό δυναμικό) την καθιστούν ενδιαφέρουσα για την ανάπτυξη αιολικών πάρκων.
Αιολικά πάρκα υπάρχουν και σε πλήθος νησιών, όπως το Αιολικό Πάρκο «Μανολάτη - Ξερολίμπα» του Δ.Δ. Διλινάτων Δήμου Αργοστολίου στην Κεφαλονιά. Στο ίδιο νησί έχουν ήδη δημιουργηθεί δύο ακόμη αιολικά πάρκα: το Αιολικό Πάρκο "Αγία Δυνατή" του Δήμου Πυλαρέων, και το Αιολικό Πάρκο "Ημεροβίγλι" στα διοικητικά όρια των Δήμων Αργοστολίου και Πυλαρέων. Με τη λειτουργία των τριών αιολικών πάρκων ο Νομός Κεφαλληνίας τροφοδοτεί το δίκτυο ηλεκτροδότησης της χώρας με σύνολο 75,6 MW ηλεκτρικής ισχύος. Επιπλέον, σε διαδικασία αδειοδότησης βρίσκονται πέντε ακόμη μονάδες. Οι ανάγκες του νησιού σε ηλεκτρική ενέργεια και σε περίοδο αιχμής (Αύγουστος) ανέρχονται σε 50MW. Η αντιστοιχία μεταξύ της ισχύος που αποδίδει η Κεφαλονιά στο δίκτυο και της ισχύος που καταναλώνει είναι εξαιρετικά ενθαρρυντική για την εξάπλωση της αιολικής ενέργειας και σε πολλά ακόμη νησιά της επικράτειας.
Οικονομία και τάσεις
Η αιολική ενέργεια έχει εξελιχθεί ραγδαία τις τελευταίες τρεις δεκαετίες. Οι ανεμογεννήτριες έχουν γίνει πολύ μεγαλύτερες, οι συντελεστές χωρητικότητας έχουν αυξηθεί και το κόστος του συστήματος έχει μειωθεί σημαντικά. Η αιολική ενέργεια έχει γίνει σήμερα η πιο αποδοτική τεχνολογία (με οικονομικούς όρους) μεταξύ των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, και οι προβλέψεις δείχνουν ότι μέσα σε λίγα χρόνια θα παρέχει ενέργεια, χωρίς ειδικές επιδοτήσεις, τόσο φθηνά όσο οποιαδήποτε άλλη συμβατική πηγή. Τα οικονομικά δεδομένα της αιολικής ενέργειας εξαρτώνται από έναν αριθμό βασικών παραγόντων, στους οποίους περιλαμβάνονται οι ακόλουθοι:
Το κόστος επένδυσης ολόκληρου του συστήματος, το οποίο περιλαμβάνει την ανεμογεννήτρια (πτερύγια, γεννήτρια, πύργος και θεμελίωση), τις κατασκευές, τις συνδέσεις δικτύου, τον σχεδιασμό του έργου και τα κόστη δανειοδότησης. Αυτά αντιπροσωπεύουν περίπου το 80% του σταθμισμένου κόστους της αιολικής ενέργειας.
Τα μεταβλητά κόστη, ως επί το πλείστον λειτουργίας και συντήρησης, αλλά και το ετήσιο κόστος της ασφάλισης, των φόρων, της μίσθωσης της γης και της συνεχούς διαχείρισης και διοίκησης. Αυτά αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του υπόλοιπου 20% του κόστους.
Η τοποθεσία, κυρίως αν πρόκειται για χερσαίο ή υπεράκτιο σύστημα. Τα υπεράκτια συστήματα κοστίζουν περίπου διπλάσια από τα χερσαία συστήματα.
Ο συντελεστής χωρητικότητας, ο οποίος εξαρτάται από το αιολικό δυναμικό, το ύψος της ατράκτου και τον λόγο της ονομαστικής ισχύος της γεννήτριας προς την επιφάνεια σάρωσης.
Τα κίνητρα ή οι επιδοτήσεις, τα οποία μπορεί να είναι σε άλλες μορφές, όπως μειώσεις στη φορολογία, κίνητρα επενδύσεων ή κίνητρα επιταχυνόμενης απόσβεσης.
Η χρηματοδότηση, η οποία περιλαμβάνει το μείγμα των ίδιων κεφαλαίων και του δανεισμού, καθώς και τη δομή του συστήματος ανάκτησης κεφαλαίου επένδυσης.
Η American Public Power Association (APPA) είναι ο οργανισμός παροχής υπηρεσιών για περισσότερες από 2.000 ηλεκτρικές επιχειρήσεις που ανήκουν στην κοινότητα των ΗΠΑ και εξυπηρετούν περισσότερους από 49 εκατομμύρια Αμερικανούς.
Η τιμή της αιολικής ενέργειας είναι πολύ πιο σταθερή από τις μεταβαλλόμενες τιμές των πηγών ορυκτών καυσίμων. Το οριακό κόστος της αιολικής ενέργειας μόλις κατασκευαστεί ένας σταθμός είναι συνήθως μικρότερο από 1% ανά kW · h. Ωστόσο, στο εκτιμώμενο μέσο κόστος ανά μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας πρέπει να περιληφθεί το κόστος κατασκευής των εγκαταστάσεων στροβίλου και μεταφοράς, ο δανεισμός κεφαλαίων, η επιστροφή σε επενδυτές (συμπεριλαμβανομένου του κόστους κινδύνου), η εκτιμώμενη ετήσια παραγωγή και άλλα στοιχεία, σε σχέση και με τη προβλεπόμενη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού, η οποία μπορεί να είναι μεγαλύτερη των 20 ετών. Οι εκτιμήσεις του ενεργειακού κόστους εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από αυτές τις παραδοχές, επομένως τα δημοσιευμένα στοιχεία κόστους μπορούν να διαφέρουν σημαντικά. Το 2004, η αιολική ενέργεια κόστισε το 1/5 του ποσού που κόστιζε στη δεκαετία του 1980 και ορισμένοι περίμεναν ότι η πτωτική τάση θα συνέχιζε με τους μεγαλύτερους στροβίλους πολλαπλών μεγαβάτ που παρήχθησαν μαζικά. Το 2012 το κόστος κεφαλαίου για ανεμογεννήτριες ήταν σημαντικά χαμηλότερο από το 2008-2010, αλλά εξακολουθεί να υπερβαίνει τα επίπεδα του 2002. Μια έκθεση του 2011 από την Αμερικανική Ένωση Αιολικής Ενέργειας ανέφερε ότι το κόστος του ανέμου έχει μειωθεί τα τελευταία δύο χρόνια, στο εύρος των 5 έως 6 σεντ ανά κιλοβατώρα πρόσφατα, περίπου 2 σεντ φθηνότερα από την ηλεκτρική ενέργεια με άνθρακα, ενώ περισσότερα έργα χρηματοδοτήθηκαν, κερδίζοντας την εμπιστοσύνη των τραπεζών της Wall Street. Οι κατασκευαστές εξοπλισμού μπορούν επίσης να παραδώσουν προϊόντα την ίδια χρονιά που παραγγέλλονται αντί να περιμένουν πρώτα έως και τρία χρόνια όπως συνέβαινε στους προηγούμενους κύκλους. Χαρακτηριστικό είναι ότι 35% όλης της νέας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που κατασκευάστηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες από το 2005 προήλθε από αιολική ενέργεια, με 5.600 MW νέας εγκατεστημένης ισχύος να είναι υπό κατασκευή.
Η έκθεση της British Wind Energy Association δίνει ένα μέσο κόστος παραγωγής χερσαίας αιολικής ενέργεια περίπου μεταξύ 5 και 6 σεντς ανά kWh (2005). Το κόστος ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας εκτιμήθηκε το 2006 σε 5 έως 6 τοις εκατό πάνω από το κόστος της νέας παραγωγικής ικανότητας στις ΗΠΑ για τον άνθρακα και το φυσικό αέριο: το κόστος του ανέμου εκτιμήθηκε στα 56 $ ανά MWh, ο άνθρακας στα 53 $ ανά MWh και φυσικό αέριο έως και 53 $ ανά MWh. Παρόμοια συγκριτικά αποτελέσματα με το φυσικό αέριο ελήφθησαν σε μια κυβερνητική μελέτη στο Ηνωμένο Βασίλειο το 2011, αν και η ισχύς από ανεμογεννήτριες θα μπορούσε ήδη να είναι φθηνότερη από τα ορυκτά ή τα πυρηνικά εργοστάσια. Αναμένεται ωστόσο ότι η αιολική ενέργεια θα είναι η φθηνότερη μορφή παραγωγής ενέργειας στο μέλλον. Μια μελέτη της ΕΕ για το 2012 δείχνει ότι το βασικό κόστος της χερσαίας αιολικής ενέργειας είναι παρόμοιο με τον άνθρακα, όταν οι επιδοτήσεις και οι εξωτερικές ανάγκες δεν λαμβάνονται υπόψη. Η αιολική ενέργεια έχει μερικά από τα χαμηλότερα εξωτερικά κόστη, γεγονός που την καθιστά πολύ ανταγωνιστική σε σχέση με τα αντίστοιχα ορυκτά καύσιμα. Τον Φεβρουάριο του 2013, το Bloomberg New Energy Finance (BNEF) ανέφερε ότι το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από νέα αιολικά πάρκα είναι φθηνότερο από το νέο άνθρακα ή τις νέες μονάδες φυσικού αερίου βασικού φορτίου. Όταν συμπεριλαμβάνουν το τρέχον σχήμα τιμολόγησης άνθρακα της ομοσπονδιακής κυβέρνησης της Αυστραλίας, η μοντελοποίησή τους δίνει κόστος 80 $ / MWh για νέα αιολικά πάρκα, 143 $ / MWh για νέες μονάδες άνθρακα και 116 $ / MWh για νέες μονάδες φυσικού αερίου. Μέρος του υψηλότερου κόστους για τις νέες μονάδες άνθρακα οφείλονται στο υψηλό κόστος χρηματοοικονομικού δανεισμού λόγω της "φήμης ζημίας των επενδύσεων υψηλής έντασης εκπομπών". Το κόστος των μονάδων που λειτουργούν με αέριο οφείλεται εν μέρει στις επιπτώσεις της «αγοράς εξαγωγής» στις τοπικές τιμές. Το κόστος παραγωγής από εργοστάσια καύσης άνθρακα που κατασκευάστηκαν τη δεκαετία του '70 και του 1980 'είναι φθηνότερο από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας λόγω της απόσβεσης. Το 2015, το BNEF υπολόγισε το σταθμισμένο κόστος ηλεκτρικής ενέργειας ανά MWh σε νέους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής (εξαιρουμένου του κόστους άνθρακα): 85 $ για την χερσαία αιολική ενέργεια (175 $ για υπεράκτια), 66-75 $ για άνθρακα στην Αμερική (82-105 $ στην Ευρώπη), φυσικό αέριο 80–100 $.
[νεκρός σύνδεσμος]Αεροφωτογραφία του Whitelee Wind Farm, του μεγαλύτερου χερσαίου αιολικού πάρκου στο Ηνωμένο Βασίλειο και του δεύτερου μεγαλύτερου στην Ευρώπη
Το κόστος έχει μειωθεί καθώς η τεχνολογία ανεμογεννητριών έχει βελτιωθεί. Υπάρχουν πλέον μακρύτερες και ελαφρύτερες λεπίδες ανεμογεννητριών, βελτιώσεις στην απόδοση του στροβίλου και αυξημένη απόδοση παραγωγής ενέργειας. Επίσης, το κόστος του αιολικού έργου και το κόστος συντήρησης συνέχισαν να μειώνονται. Για παράδειγμα, η αιολική βιομηχανία στις ΗΠΑ στις αρχές του 2014 μπόρεσε να παράγει περισσότερη ισχύ με χαμηλότερο κόστος χρησιμοποιώντας ψηλότερες ανεμογεννήτριες με μεγαλύτερες λεπίδες, συλλαμβάνοντας τους γρηγορότερους ανέμους σε υψηλότερα υψόμετρα. Αυτό άνοιξε νέες ευκαιρίες και στην Ιντιάνα, το Μίσιγκαν και το Οχάιο, με την τιμή της ισχύος από ανεμογεννήτριες που κατασκευάστηκαν 90-120 μέτρα πάνω από το έδαφος να μπορεί από το 2014 να ανταγωνίζεται με τα συμβατικά ορυκτά καύσιμα όπως ο άνθρακας. Οι τιμές έχουν μειωθεί σε περίπου 4 σεντ ανά κιλοβατώρα σε ορισμένες περιπτώσεις και οι επιχειρήσεις αυξάνουν την ποσότητα της αιολικής ενέργειας που εκμεταλλεύονται, λέγοντας ότι είναι η φθηνότερη επιλογή τους. Ορισμένοι επιστήμονες εργάζονται για τη μείωση του κόστους ηλεκτρικής ενέργειας από υπεράκτια αιολική ενέργεια. Έχει προταθεί ότι η καινοτομία σε κλίμακα θα μπορούσε να επιφέρει μείωση κόστους κατά 25% σε υπεράκτια αιολική ενέργεια έως το 2020. Εκτιμάται ότι μέχρι το 2025 η ενέργεια από την υπεράκτια αιολική ενέργεια θα είναι μια από τις φθηνότερες, επεκτάσιμες λύσεις στο Ηνωμένο Βασίλειο, σε σύγκριση με άλλες πηγές ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές και ορυκτά καύσιμα, εάν το πραγματικό κόστος για την κοινωνία συνυπολογιστεί με το κόστος της ενεργειακής εξίσωσης. Υπολογίζεται ότι το κόστος αυτή τη στιγμή είναι 43 EUR / MWh για την χερσαία και 72 EUR / MWh για υπεράκτια αιολική ενέργεια. Τον Αύγουστο του 2017, το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL) του Τμήματος Ενέργειας δημοσίευσε μια νέα έκθεση σχετικά με τη μείωση του κόστους αιολικής ενέργειας κατά 50% έως το 2030. Το NREL αναμένεται να επιτύχει πρόοδο στον σχεδιασμό, τα υλικά και τους ελέγχους της ανεμογεννήτριας για να εξασφαλίσει βελτίωση στην απόδοση και μείωση του κόστους, με τη μείωση να προβλέπεται πως θα κυμαίνεται μεταξύ 24% και 30% έως το 2030. Σε πιο επιθετικές περιπτώσεις, οι ειδικοί εκτιμούν μείωση κόστους έως και 40% εάν τα προγράμματα έρευνας, ανάπτυξης και τεχνολογίας έχουν ως αποτέλεσμα πρόσθετη αποδοτικότητα.
Κίνητρα και κοινοτικά οφέλη
Μεταφορά πτερυγίων ανεμογεννήτριας οριζόντιου άξονα που περνάει μέσα από το Έντενφιλντ, Αγγλία.
Η αιολική βιομηχανία στις Ηνωμένες Πολιτείες δημιουργεί δεκάδες χιλιάδες θέσεις εργασίας και δισεκατομμύρια δολάρια οικονομικής δραστηριότητας. Τα αιολικά έργα παρέχουν τοπικούς φόρους ή πληρωμές αντί των φόρων και ενισχύουν την οικονομία των αγροτικών κοινοτήτων παρέχοντας εισόδημα στους αγρότες με ανεμογεννήτριες στη γη τους. Η αιολική ενέργεια σε πολλές περιπτώσεις λαμβάνει οικονομική ή άλλη υποστήριξη για να ενθαρρύνεται η ανάπτυξή της. Ακόμα, η αιολική ενέργεια ωφελείται από επιδοτήσεις σε πολλές περιπτώσεις είτε για να αυξηθεί η ελκυστικότητά της είτε για να αντισταθμίσει τις επιδοτήσεις που λαμβάνονται από άλλες μορφές παραγωγής που έχουν σημαντικές αρνητικές επιπτώσεις στην κοινωνία.
Ένα φορολογικό όφελος που λαμβάνουν όσοι ασχολούνται με την αιολική ενέργεια είναι η επιταχυνόμενη απόσβεση. Πολλές αμερικανικές πολιτείες παρέχουν επίσης κίνητρα, όπως απαλλαγή από τον φόρο ιδιοκτησίας, εντολές αγοράς και πρόσθετες αγορές για "πράσινες πιστώσεις". Χώρες όπως ο Καναδάς και η Γερμανία παρέχουν επίσης κίνητρα για την κατασκευή ανεμογεννητριών, όπως εκπτώσεις φόρου ή ελάχιστες τιμές αγοράς για παραγωγή αιολικής ενέργειας, με εξασφαλισμένη πρόσβαση στο δίκτυο (μερικές φορές αναφέρεται ως τιμολόγια τροφοδοσίας). Αυτά τα τιμολόγια τροφοδοσίας συνήθως ορίζονται πολύ πάνω από τις μέσες τιμές ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι δευτερεύουσες δυνάμεις της αγοράς παρέχουν επίσης κίνητρα για τις επιχειρήσεις να χρησιμοποιούν την αιολική ενέργεια, ακόμη και αν υπάρχει μια premium τιμή για την ηλεκτρική ενέργεια. Για παράδειγμα, οι κοινωνικά υπεύθυνοι κατασκευαστές πληρώνουν στις εταιρείες κοινής ωφέλειας ένα ασφάλιστρο που επιδοτεί και χτίζει νέα υποδομή αιολικής ενέργειας. Οι εταιρείες χρησιμοποιούν αιολική ενέργεια, και σε αντάλλαγμα, μπορούν να ισχυριστούν ότι καταβάλλουν ισχυρές «πράσινες» προσπάθειες. Στις ΗΠΑ, ο οργανισμός Green-e παρακολουθεί τη συμμόρφωση των επιχειρήσεων με αυτές τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Οι τιμές του στροβίλου έχουν μειωθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια λόγω σκληρότερων ανταγωνιστικών συνθηκών, όπως η αυξημένη χρήση των δημοπρασιών ενέργειας και η κατάργηση των επιδοτήσεων σε πολλές αγορές. Για παράδειγμα, η Vestas, κατασκευαστής ανεμογεννητριών, της οποίας ο μεγαλύτερος χερσαίος στρόβιλος μπορεί να αντλήσει ενέργεια 4,2 μεγαβάτ, αρκετά για να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια σε περίπου 5.000 σπίτια, έχει δει τις τιμές για τους στροβίλους της να πέφτουν από 950.000 ευρώ ανά μεγαβάτ στα τέλη του 2016, σε περίπου 800.000 ευρώ ανά μεγαβάτ το τρίτο τρίμηνο του 2017.
Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις
Οι ανεμογεννήτριες συνήθως εγκαθίστανται σε ευνοϊκές θυελλώδεις περιοχές. Στην εικόνα, γεννήτριες αιολικής ενέργειας στην Ισπανία, κοντά σε έναν ταύρο Osborne.
Βοσκή ζώων κοντά σε μια ανεμογεννήτρια.
Τα αιολικά συστήματα έχουν αρνητικές και θετικές επιπτώσεις στο περιβάλλον. Οι αρνητικές αφορούν θανάτους πουλιών, θόρυβο και ενοχλήσεις από τις κατασκευές, αισθητικές επιπτώσεις και ρύπανση που συνδέεται με την αρχική ενέργεια για την κατασκευή των ανεμογεννητριών. Οι θετικές επιπτώσεις προκύπτουν από την υποκατάσταση των άλλων ρυπογόνων ενεργειακών συστημάτων. Καταρχάς, για την εκμετάλλευσή της αιολικής ενέργειας δεν απαιτείται κάποια ενεργητική παρέμβαση, όπως εξόρυξη, άντληση ή καύση, όπως με τις μέχρι τώρα χρησιμοποιούμενες πηγές ενέργειας, αλλά απλώς η εκμετάλλευση της ήδη υπάρχουσας ροής ενέργειας στη φύση. Δεύτερον, πρόκειται για «καθαρή» μορφή ενέργειας, πολύ «φιλική» στο περιβάλλον, που δεν αποδεσμεύει υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα ή τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα, όπως οι υπόλοιπες πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα. Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις της αιολικής ενέργειας θεωρούνται σχετικά μικρές σε σύγκριση με αυτές των ορυκτών καυσίμων και έτσι θεωρείται από πολλούς μία αφετηρία για την επίλυση των οικολογικών προβλημάτων που αντιμετωπίζει η Γη. Σε αξιολογήσεις των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου κύκλου ζωής των πηγών ενέργειας, οι ανεμογεννήτριες έχουν μέση τιμή εκπομπών 12 και 11 (gCO2eq / kWh) για υπεράκτιους και χερσαίους στροβίλους, αντίστοιχα. Φυσικά, δεδομένου ότι δεν υπάρχουν σχεδόν καθόλου εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, τα οικονομικά οφέλη των αιολικών συστημάτων θα αυξηθούν, εάν και όταν οι πηγές που εκπέμπουν παράγωγα του άνθρακα αρχίσουν να φορολογούνται.
Τα χερσαία αιολικά πάρκα μπορούν να έχουν σημαντικό οπτικό αντίκτυπο στο τοπίο. Τα αιολικά πάρκα μαζί με το δίκτυο των στροβίλων, των οδών πρόσβασης, των γραμμών μεταφοράς και των υποσταθμών πρέπει συνήθως να καλύπτουν περισσότερη γη και να είναι πιο απλωμένα από άλλους σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Για την τροφοδοσία μεγάλων πόλεων μόνο από τον άνεμο θα απαιτούνταν η κατασκευή αιολικών πάρκων μεγαλύτερων από τις ίδιες τις πόλεις. Τα αιολικά πάρκα είναι συνήθως χτισμένα σε άγριες και αγροτικές περιοχές, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε "εκβιομηχάνιση της υπαίθρου" και απώλεια ενδιαιτημάτων (δηλαδή το φυσικό περιβάλλον στο οποίο ζει και αναπαράγεται ένα είδος, ένας πληθυσμός ή μια βιοκοινότητα). Η απώλεια ενδιαιτημάτων είναι η μεγαλύτερη επίπτωση των αιολικών πάρκων στην άγρια φύση. Υπάρχουν επίσης αναφορές για υψηλότερη θνησιμότητα πουλιών και νυχτερίδων στις ανεμογεννήτριες καθώς υπάρχουν στην γύρω περιοχή και άλλες τεχνητές κατασκευές. Παρόλο που το ποσοστό των θανάτων που προκαλούνται από τις ανεμογεννήτριες είναι πολύ μικρό σε σχέση με τα υπόλοιπα εμπόδια που βάζουν οι άνθρωποι στο δρόμο τους , εξακολουθεί να είναι ένα ζήτημα που προκαλεί ανησυχία. Η πρόληψη και ο μετριασμός των θανάτων των άγριων ζώων, καθώς και η προστασία του φυσικού περιβάλλοντος επηρεάζουν τη θέση και τη λειτουργία των ανεμογεννητριών.
Οι αντιλήψεις των ανθρώπων για την αισθητική των αιολικών πάρκων είναι σημαντικές για τη χωροθέτηση των μηχανών. Μερικές απλές σκέψεις μπορούν να κάνουν τις ανεμογεννήτριες πολύ πιο αποδεκτές. Η τακτοποίηση των ανεμογεννητριών του ίδιου μεγέθους σε ενιαίες γραμμές και στήλες φαίνεται να βοηθά, όπως και ο χρωματισμός τους με ανοιχτό γκρι χρώμα για να συνδυάζονται με τον ουρανό. Οι μεγαλύτερες ανεμογεννήτριες περιστρέφονται πιο αργά και έτσι δεν αποσπούν τόσο την προσοχή.
Ο θόρυβος από μια ανεμογεννήτρια ή ένα αιολικό πάρκο είναι ένα άλλο αμφισβητήσιμο φαινόμενο και οι σύγχρονες ανεμογεννήτριες έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να ελέγχουν αυτόν τον θόρυβο. Είναι πολύ δύσκολο να μετρηθεί το πραγματικό επίπεδο θορύβου που προκαλείται από τις ανεμογεννήτριες, επειδή ο θόρυβος του περιβάλλοντος που προκαλείται από τον ίδιο τον άνεμο καλύπτει τον θόρυβο των γεννητριών. Σε απόσταση λίγων μόνο διαμέτρων δρομέα μακριά από μια ανεμογεννήτρια, το επίπεδο του ήχου είναι συγκρίσιμο με έναν άνθρωπο που ψιθυρίζει. Υπάρχουν ανέκδοτες αναφορές αρνητικών επιπτώσεων στην υγεία από το θόρυβο σε άτομα που ζουν πολύ κοντά σε ανεμογεννήτριες, ωστόσο η έρευνα από επιστήμονες γενικά δεν υποστήριξε αυτούς τους ισχυρισμούς. Επιπλέον, η Πολεμική Αεροπορία και το Ναυτικό των Ηνωμένων Πολιτειών εξέφρασαν ανησυχία ότι η τοποθέτηση μεγάλων ανεμογεννητριών κοντά σε βάσεις "θα επηρεάσει αρνητικά το ραντάρ σε σημείο που οι ελεγκτές εναέριας κυκλοφορίας θα χάσουν τη θέση του αεροσκάφους."
Πριν από το 2019, πολλές λεπίδες ανεμογεννητριών είχαν κατασκευαστεί από φίμπεργκλας με σχέδια που παρείχαν διάρκεια ζωής μόνο 10 έως 20 ετών. Δεδομένου ότι δεν υπήρχε αγορά ανακύκλωσης αυτών των παλαιών λεπίδων, απορρίπτονταν σε χώρους υγειονομικής ταφής. Επειδή οι λεπίδες έχουν σχεδιαστεί για να είναι κοίλες, καταλαμβάνουν μεγάλο όγκο σε σύγκριση με τη μάζα τους. Επομένως, οι υπάλληλοι υγειονομικής ταφής έχουν αρχίσει να απαιτούν από τους χειριστές να συνθλίβουν τις λεπίδες προτού μπορέσουν να τις πετάξουν στη χωματερή.
Πολιτική
Ανεμογεννήτριες με θέα στο Ardrossan, Σκωτία
Η πυρηνική ενέργεια και τα ορυκτά καύσιμα επιδοτούνται από πολλές κυβερνήσεις, ωστόσο αν και οι ανανεώσιμες μορφές ενέργειας επιδοτούνται επίσης συχνά, αυτό γίνεται σε αισθητά μικρότερη κλίμακα. Για παράδειγμα, μια μελέτη του 2009 από το Ινστιτούτο Περιβαλλοντικής Νομοθεσίας αξιολόγησε το μέγεθος και τη δομή των ενεργειακών επιδοτήσεων των ΗΠΑ κατά την περίοδο 2002-2008. Η μελέτη εκτιμά ότι οι επιδοτήσεις σε πηγές με βάση τα ορυκτά καύσιμα ανήλθαν σε περίπου 72 δισεκατομμύρια δολάρια κατά την περίοδο αυτή και οι επιδοτήσεις σε ανανεώσιμες πηγές καυσίμων ανήλθαν σε 29 δισεκατομμύρια δολάρια. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, η ομοσπονδιακή κυβέρνηση πλήρωσε 74 δισεκατομμύρια δολάρια για ενεργειακές επιδοτήσεις για τη στήριξη της πυρηνικής ενέργειας (50 δισεκατομμύρια δολάρια) και ορυκτά καύσιμα (24 δισεκατομμύρια δολάρια) από το 1973 έως το 2003. Κατά το ίδιο χρονικό πλαίσιο, οι τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και ενεργειακής απόδοσης έλαβαν συνολικά 26 δισεκατομμύρια δολάρια. Έχει προταθεί ότι μια μετατόπιση των επιδοτήσεων θα βοηθούσε να ισοσταθμίσει τους όρους ανταγωνισμού και να υποστηρίξει τους αναπτυσσόμενους ενεργειακούς τομείς, δηλαδή την ηλιακή ενέργεια, την αιολική ενέργεια και τα βιοκαύσιμα. Η ιστορία δείχνει ότι κανένας ενεργειακός τομέας δεν αναπτύχθηκε χωρίς επιδοτήσεις.
Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (IEA) (2011), οι ενεργειακές επιδοτήσεις μειώνουν τεχνητά την τιμή ενέργειας που καταβάλλουν οι καταναλωτές, αυξάνουν την τιμή που λαμβάνουν οι παραγωγοί ή μειώνουν το κόστος παραγωγής. "Το κόστος των επιδοτήσεων ορυκτών καυσίμων υπερβαίνει γενικά τα οφέλη. Οι επιδοτήσεις σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και τεχνολογίες χαμηλών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα μπορούν να αποφέρουν μακροπρόθεσμα οικονομικά και περιβαλλοντικά οφέλη". Τον Νοέμβριο του 2011, μια έκθεση του IEA ανέφερε ότι "οι επιδοτήσεις σε τεχνολογίες πράσινης ενέργειας που δεν ήταν ακόμη ανταγωνιστικές δικαιολογούνται ώστε να δώσουν κίνητρο για επενδύσεις σε τεχνολογίες με σαφή οφέλη για την περιβαλλοντική και ενεργειακή ασφάλεια". Η έκθεση του IEA διαφώνησε με ισχυρισμούς ότι οι τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι βιώσιμες μόνο μέσω δαπανηρών επιδοτήσεων και δεν είναι σε θέση να παράγουν ενέργεια αξιόπιστα για να καλύψουν τη ζήτηση. Ωστόσο, οι απόψεις του IEA δεν είναι καθολικά αποδεκτές. Μεταξύ 2010 και 2016, οι επιδοτήσεις για τον άνεμο κυμαίνονταν μεταξύ 1 και 6 σεντς ανά kWh. Οι επιδοτήσεις για άνθρακα, φυσικό αέριο και πυρηνικά κυμαίνονται μεταξύ 0,05 και 0,2 σεντ ανά kWh συνολικά έτη. Σε βάση ανά kWh, ο άνεμος επιδοτείται 50 φορές περισσότερο από τις παραδοσιακές πηγές.
Δημοσκόπηση για την υποστήριξη ενός αιολικού έργου στο Redington Mountain, μεταξύ των κατοίκων της περιοχής (αριστερά) και μεταξύ μελών τοπικών οικολογικών οργανώσεων (δεξιά).
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, η βιομηχανία αιολικής ενέργειας έχει πρόσφατα αυξήσει σημαντικά τις προσπάθειές της, δαπανώντας περίπου 5 εκατομμύρια δολάρια το 2009 μετά από χρόνια σχετικής αφάνειας στην Ουάσινγκτον. Συγκριτικά, μόνο η αμερικανική πυρηνική βιομηχανία δαπάνησε πάνω από 650 εκατομμύρια δολάρια για τις προσπάθειες πίεσης και τις συνεισφορές της σε εκστρατεία κατά τη διάρκεια 10 ετών που έληξαν το 2008. Μετά τα πυρηνικά ατυχήματα της Ιαπωνίας το 2011, η ομοσπονδιακή κυβέρνηση της Γερμανίας επεξεργάζεται ένα νέο σχέδιο για την αύξηση της ενεργειακής απόδοσης και την εμπορευματοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, με ιδιαίτερη έμφαση στα υπεράκτια αιολικά πάρκα. Σύμφωνα με το σχέδιο, οι μεγάλες ανεμογεννήτριες θα ανεγερθούν πολύ μακριά από τις ακτές, όπου ο άνεμος φυσά πιο σταθερά από ό,τι στην ξηρά, και όπου οι τεράστιοι ανεμογεννήτριες δεν θα ενοχλήσουν τους κατοίκους. Το σχέδιο στοχεύει στη μείωση της εξάρτησης της Γερμανίας από την ενέργεια που προέρχεται από άνθρακα και πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας.
Κοινή Γνώμη
Έρευνες σχετικά με τη στάση του κοινού σε ολόκληρη την Ευρώπη και σε πολλές άλλες χώρες δείχνουν ισχυρή δημόσια υποστήριξη για την αιολική ενέργεια. Περίπου το 80% των πολιτών της ΕΕ υποστηρίζουν την στήριξή τους στην αιολική ενέργεια. Στη Γερμανία, όπου η αιολική ενέργεια έχει αποκτήσει πολύ υψηλή κοινωνική αποδοχή, εκατοντάδες χιλιάδες άνθρωποι έχουν επενδύσει σε αιολικά πάρκα πολιτών σε ολόκληρη τη χώρα και χιλιάδες μικρομεσαίες επιχειρήσεις εκτελούν επιτυχημένες κινήσεις σε έναν νέο τομέα που το 2008 απασχολούσε 90.000 άτομα και παρήγαγε το 8% της ηλεκτρικής ενέργειας της Γερμανίας.
Ανεμογεννήτριες βόρεια του Cumbria, Αγγλία.
Αν και η αιολική ενέργεια είναι μια δημοφιλής μορφή παραγωγής ενέργειας, η κατασκευή αιολικών πάρκων δεν είναι ευπρόσδεκτη παγκοσμίως, συχνά για αισθητικούς λόγους. Στην Ισπανία, με ορισμένες εξαιρέσεις, υπήρξε μικρή αντίθεση στην εγκατάσταση εσωτερικών αιολικών πάρκων. Ωστόσο, τα έργα για την κατασκευή υπεράκτιων πάρκων ήταν πιο αμφιλεγόμενα. Συγκεκριμένα, η πρόταση κατασκευής της μεγαλύτερης υπεράκτιας μονάδας παραγωγής αιολικής ενέργειας στον κόσμο στην ακτή του Κάντιθ της νοτιοδυτικής Ισπανίας, που το 1805 διεξήχθη η ναυμαχία του Τραφαλγκαρ, αντιμετωπίστηκε με έντονη αντιπολίτευση λόγω του φόβου για τον τουρισμό και την αλιεία στην περιοχή.
Σε μια έρευνα που διενήργησε η Angus Reid Strategies τον Οκτώβριο του 2007, το 89% των ερωτηθέντων δήλωσε ότι η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως η αιολική ή ηλιακή ενέργεια ήταν θετική για τον Καναδά, επειδή αυτές οι πηγές ήταν καλύτερες για το περιβάλλον. Μόνο το 4 τοις εκατό θεωρεί ότι η χρήση ανανεώσιμων πηγών είναι αρνητική, δεδομένου ότι μπορεί να είναι αναξιόπιστες και δαπανηρές. Σύμφωνα με έρευνα της Saint Consulting τον Απρίλιο του 2007, η αιολική ενέργεια ήταν η εναλλακτική πηγή ενέργειας που πιθανότατα θα κερδίσει δημόσια υποστήριξη για μελλοντική ανάπτυξη στον Καναδά, με μόνο το 16% να αντιτίθεται σε αυτόν τον τύπο ενέργειας. Αντιθέτως, 3 στους 4 Καναδούς αντιτάχθηκαν στην ανάπτυξη πυρηνικής ενέργειας.
Μια έρευνα του 2003 για κατοίκους που ζούσαν γύρω από τα 10 υπάρχοντα αιολικά πάρκα της Σκωτίας διαπίστωσε υψηλά επίπεδα αποδοχής από την κοινότητα και ισχυρή υποστήριξη για την αιολική ενέργεια, με μεγάλη υποστήριξη από εκείνους που ζούσαν πιο κοντά στα αιολικά πάρκα. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας υποστηρίζουν εκείνα μιας προηγούμενης έρευνας της Σκωτίας «Δημόσια στάση απέναντι στο περιβάλλον στη Σκωτία 2002», η οποία διαπίστωσε ότι το σκωτσέζικο κοινό θα προτιμούσε το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρικής τους ενέργειας να προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, και η οποία αξιολόγησε την αιολική ενέργεια ως καθαρότερη πηγή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Μια έρευνα που πραγματοποιήθηκε το 2005 έδειξε ότι το 74% των ανθρώπων στη Σκωτία συμφωνούν ότι τα αιολικά πάρκα είναι απαραίτητα για την κάλυψη των τρεχουσών και μελλοντικών ενεργειακών αναγκών. Όταν οι άνθρωποι ρωτήθηκαν το ίδιο ερώτημα σε μια μελέτη ανανεώσιμων πηγών στη Σκωτία που διεξήχθη το 2010, το 78% συμφώνησε. Η αύξηση είναι σημαντική καθώς υπήρχαν διπλάσια αιολικά πάρκα το 2010 από ό,τι το 2005. Η έρευνα του 2010 έδειξε επίσης ότι το 52% διαφωνούσε με τη δήλωση ότι τα αιολικά πάρκα είναι "άσχημα και ότι η εμφάνιση τους είχε αρνητική επίπτωση στο περιβάλλον". Το 59% συμφώνησε ότι τα αιολικά πάρκα ήταν απαραίτητα και ότι η εμφάνισή τους ήταν ασήμαντη. Όσον αφορά τον τουρισμό, οι ερωτηθέντες θεωρούν τους πυλώνες ισχύος, τους πύργους κινητής τηλεφωνίας, τα λατομεία και τις φυτείες πιο αρνητικά από τα αιολικά πάρκα. Η Σκωτία σχεδιάζει να αποκτήσει το 100% της ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές έως το τέλος του 2020.
Πολλές εταιρείες αιολικής ενέργειας συνεργάζονται με τοπικές κοινότητες για τη μείωση των περιβαλλοντικών και άλλων ανησυχιών που σχετίζονται με συγκεκριμένα αιολικά πάρκα. Σε άλλες περιπτώσεις υπάρχει άμεση κοινοτική ιδιοκτησία έργων αιολικών πάρκων. Οι κατάλληλες κυβερνητικές διαδικασίες διαβούλευσης, σχεδιασμού και έγκρισης συμβάλλουν επίσης στην ελαχιστοποίηση των περιβαλλοντικών κινδύνων. Ορισμένοι ενδέχεται να εξακολουθούν να αντιτίθενται σε αιολικά πάρκα , αλλά, σύμφωνα με το Ινστιτούτο της Αυστραλίας, οι ανησυχίες τους πρέπει να σταθμίζονται απ' την ανάγκη αντιμετώπισης των απειλών που δημιουργεί η κλιματική αλλαγή και οι απόψεις της ευρύτερης κοινότητας.
Πανοραμική θέα στο αιολικό πάρκο Whitelee με τη δεξαμενή Lochgoin στο πρώτο πλάνο.
Στην Αμερική, τα αιολικά έργα αναφέρονται ότι ενισχύουν τις τοπικές φορολογικές βάσεις, βοηθώντας να πληρώσουν για σχολεία, δρόμους και νοσοκομεία. Τα αιολικά έργα αναζωογονούν επίσης την οικονομία των αγροτικών κοινοτήτων παρέχοντας σταθερό εισόδημα σε αγρότες και άλλους γαιοκτήμονες. Στο Ηνωμένο Βασίλειο έχουν εκφραστεί ανησυχίες σχετικά με τις επιπτώσεις στο αγροτικό τοπίο που προκαλούνται από ανεπιθύμητες ανεμογεννήτριες και αιολικά πάρκα. Μερικά αιολικά πάρκα έχουν γίνει τουριστικά αξιοθέατα. Το Whitlete Wind Farm Visitor Center στη Γλασκώβη διαθέτει εκθεσιακό χώρο, κέντρο εκμάθησης, καφετέρια με θέα και επίσης κατάστημα. Στη Δανία, ένα σύστημα απώλειας αξίας δίνει στους ανθρώπους το δικαίωμα να ζητήσουν αποζημίωση για την απώλεια της αξίας της περιουσίας τους, εάν προκαλείται από την εγγύτητα με μια ανεμογεννήτρια. Η απώλεια πρέπει να είναι τουλάχιστον 1% της αξίας του ακινήτου.
Η αποδοχή της αιολικής ενέργειας από την κοινωνία συνήθως δοκιμάζεται από την τοπική αυτοδιοίκηση που συχνά καταφέρνει να καθυστερήσει ή ακόμα και να ακυρώσει ορισμένα έργα. Για παράδειγμα, υπάρχουν ανησυχίες ότι ορισμένες εγκαταστάσεις μπορούν να επηρεάσουν αρνητικά τη λήψη τηλεόρασης και ραδιοφώνου και το ραντάρ καιρού Doppler, καθώς και να παράγουν υπερβολικά επίπεδα ήχου και κραδασμών. Ενώ τα αισθητικά ζητήματα είναι υποκειμενικά και μερικά βρίσκουν τα αιολικά πάρκα ευχάριστα και αισιόδοξα, ή σύμβολα ενεργειακής ανεξαρτησίας και τοπικής ευημερίας, συχνά σχηματίζονται ομάδες διαμαρτυρίας για να προσπαθήσουν να μπλοκάρουν νέους χώρους αιολικής ενέργειας για διάφορους λόγους.
Δείτε επίσης
Αιολικό πάρκο
Ανεμογεννήτρια
Πηγές-Βιβλιογραφία
Νικόλαος Ηλιάδης - Γεώργιος Βουτσινός, Τεχνολογία για μαθητές Α' Ενιαίου Λυκείου, 2006, Οργανισμός Εκδόσεως Διδακτικών Βιβλίων. Έκδοση Θ΄.
Περιοδικό Τεχνικά Θέματα, Τ.Ε.Ε. Τμήμα Δυτικής Ελλάδας, Τεύχος 63 (Απρίλιος 2006).
Συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Gilbert M. Masters
Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας. Δ. Λαμπρίδης, Π. Ντοκόπουλος, Γ. Παπαγιάννης
Εξωτερικοί Σύνδεσμοι
Ο ιστότοπος του Κέντρου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας
Κλαδική μελέτη
«Ρεκόρ για την αιολική ενέργεια το 2019». Athens Voice. Ανακτήθηκε στις 14 Μαΐου 2020.
Hellenica World - Scientific Library
Από τη ελληνική Βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org και el.wiktionary.org/. Όλα τα κείμενα είναι διαθέσιμα υπό την GNU Free Documentation License
