Me?unarodna energetska agencija (IEA), autonomna agencija osnovana u studenom 1974. godine je objavila dopunu Tehnolo�kog plana razvoja energije vjetra koja je zadnji puta napravljena 2009. godine. U nizu ?lanaka koje planiramo objaviti ?e se prenijeti sve najva�nije informacije i zaklju?ci izvje�taja.

Razvoj tehnologije vjetroagregata

Kako bi se dostigla vizija ovog tehnolo�kog plana razvoja potrebne su pove?ane investicije u istra�ivanje i razvoj tehnologije vjetra ?iji glavni fokus treba biti smanjivanje investicijskih tro�kova te pove?anje performansi i pouzdanosti kako bi se smanjio nivelirani tro�ak elektri?ne energije. Dobri resursi vjetra i njihova procjena su tako?er bitni kako bi se smanjili financijski tro�kovi.

Tehnologija iskori�tavanja energije vjetra je ve? sada dokazana, te se ne o?ekuje da ?e bilo koji element kopnenog vjetroagregata dramati?no smanjiti tro�kove energije u budu?nosti. Ipak, postoji mogu?nost napretka u pojedinim podru?jima, te bi oni zajedni?ki trebali biti dovoljni za smanjivanje tro�kova energije i nesigurnosti koje utje?u na odluke o investiciji. Ve?i potencijal smanjivanja tro�kova postoji u priobalnom sektoru koji jo� nije dostigao punu zrelost.

Kako bi se postigla visoka pouzdanost i uspje�no iskori�tavanje novih tehnologija vjetra morati ?e se i dalje razvijati procesi standardizacije i certifikacije tehnologija. Isto tako ?e se morati dodatno raditi na smanjivanju utjecaja na okoli�.

Tehnologija energije vjetra

Smanjivanje tro�kova je glavni potkreta? tehnolo�kog razvoja, ali drugi uklju?uju kompatibilnost sa elektroenergetskom mre�om, vizualni utjecaj, emisije buke i prihvatljivost za uvjete na lokaciji. Smanjivanje tro�kova komponenti kao i bolje performanse i pouzdanost (?ime se optimira servis i odr�avanje) rezultiraju sa manjim tro�kovima energije.

Kretanje prema specifi?nim vjetroagregatima za razli?ite operativne uvjete zahtjeva bolje razumijevanje uvjeta u kojima ?e raditi vjetroelektrana u svom radnom vijeku. Cilj je razviti tro�kovno isplativ dizajn vjetroagregata koji bolje mo�e iskori�tavati energiju iz vjetra tokom du�eg perioda i u specifi?nim vremenskim uvjetima. To se ve? doga?a sa vjetroagregatima za hladne vremenske uvjete koji se rade od specijalnih materijala i komponenti te imaju sustave za odmrzavanje lopatica te posebne lopatice. Isto tako treba razviti posebne alate za minimiziranje optere?enja komponenti za posebne uvjete uklju?uju?i priobalne lokacije, hladne klime i tropske uvjete.

Razvijanje ve?ih pojedina?nih vjetroagregata ?ija bi snaga trebala biti 10-20 MW ?e gurnuti tehnologiju prema novim rje�enjima koja bi mogla smanjiti tro�kove za vjetroagregate ?ija je snaga 2-5 MW. Optimalna veli?ina za kopnene i priobalne uvjete jo� uvijek nije rje�ena, ali je UpWind projekt pokazao da je 20 MW vjetroagregat tehni?ki isplativ ukoliko do?e do odgovaraju?eg razvoja u materijalima, arhitekturi dizajna, upravljanju i drugim faktorima. Za razvoj tako velikih sustava ?e definitivno biti potrebno do?i do novih inovacija kako bi se rije�io problem prevelike mase sustava.

Napredni rotori koji zahva?aju ve?e podru?je zbog svoje ve?e duljine omogu?uju bolje hvatanje energije, te su ve? sada smanjili tro�kove energije vjetra. Lopatice postaju sve du�e, te bi bolje razumijevanje njihovog pona�anja tokom rada pomoglo u razvoju novih lopatica. Smanjivanje buke je tako?er va�no kako bi se pove?ao broj potencijalnih lokacija za projekte. Druge tehnologije se mogu razviti za bolje upravljanje kutom loaptica, dizajn stupova se tako?er mo�e unaprijediti a i materijali i proizvodnja istih.

Napredak pogonskih komponenti se mo�e posti?i optimizacijom cijelog vjetroagregata. Pobolj�ana kontrola pomo?u elektronike mo�e smanjiti tro�kove i materijale. Hidrauli?ki pogon kojim se zamjenjuje mehani?ki mjenja? je tako?er potencijalna mogu?nost. Daljnji razvoj ve?ih i ja?ih vjetroagregata ?e potaknuti razvoj bolje elektronike koja ?e izme?u ostalog morati bolje upavljati spojem na elektroenergetsku mre�u.

Novi materijali koji su lak�i i imaju bolji omjer ja?ine naspram mase (npr. titanij ili uglji?na vlakna) bi mogli omogu?iti lak�e lopatice, rotore, generatore i druge pogonske komponente ?ime bi se smanjila masa kabine. Isto tako bi se moglo omogu?iti izgradnju vi�ih stupova, te smanjiti ovisnost o generatorima sa permanentnim magnetom.

Upravljanje vjetroelektranom u cjelini i pojedina?nim vjetroagregatima bi tako?er trebalo smanjiti tro�kove. Trenuta?no se ponajvi�e radi na optmizaciji na razini vjetroagregata i to pomo?u LIDAR-a koji se nalazi na vrhu vjetroagregata, te mjeri brzinu i smjer vjetra, te turbulenciju. Kompletan gore navedeni napredak bi mogao smanjiti tro�kove energije za 20% za kopnene vjetroagregate do 2020. godine.

Razvoj priobalnih vjetroagregata

Priobalni vjetroagregati ?e se u budu?nosti sve vi�e razlikovati od kopnenih, te ?e se sve manje paziti na buku, estetiku i sjenu. Sve ve?i vjetroagregati bi trebali biti kriti?ni u sni�avanju tro�kova. Posebna pozornost se mora obratiti na interakciju morske atmosfere i valova ?ime se stvaraju razli?ita optere?enja nego kod kopnenih.

Kod priobalnih vjetroagregata postoji mogu?nost kori�tenja sustava sa dvije lopatice koje ?e se postaviti niz vjetar, uvo?enje istosmjerne elektri?ne energije za spoj unutar vjetroelektrana, te za spoj na kopno. Promjene u arhitekturi dizajna kako bi vjetroagregati mogli bez problema izdr�ati uragane, smrzavanje, te naginjanje i kotrljanje zbog visokih valova ?e se vjerojatno isto morati ukomponirati u budu?nosti. Tro�kovi za priobalne vjetroagregate bi mogli pasti i do 40% do 2020. godine prema procjenama u Velikoj Britaniji, ili do 2030. prema procjenama u SAD-u.

Veliki napredak se o?ekuje u razvoju temelja pri ?emu postoji veliki broj mogu?nosti. Osnovna je podjela na fiksne i plutaju?e temelje. Prednost plutaju?ih temelja je jednostavnija instalacija, manje kori�tenje materijala, te� mogu?nost iskori�tavanja na lokacijama sa dubljim morem. Oni su ipak tek u testnoj fazi, te ?e biti potrebno jo� neko vrijeme da postanu komercijalno interesantni. Kod fiksnih temelja (kojih ima vi�e vrsta) se pak mo�e dobiti bolja za�tita i postaviti ve?e jedinice.

�to se ti?e odr�avanja i servisa ono treba biti br�e i jeftinije, a to se posti�e boljim menad�mentom te samodijagnozom pomo?u naprednih sustava. Time se mo�e posti?i i korektivno odr�avanje kojim se minimizira neplanirano odr�avanje. Novi dizajn koji olak�ava pristup kod svih vremenskih uvjeta bi tako?er mogao pripomo?i smanjivanju tro�kova. Cilj je pove?ati efikasnost sustava.

Dugoro?ne opcije

U budu?nosti se o?ekuje pove?an razvoj sustava u zraku koji ?e izgledati kao kiteovi ili biti prave "lete?e ma�ine". Resuri vjetra na velikim visinama su puno bolji i konstantniji. Google je tako nedavno kupio tvrtku Makani Power koja se specijalizira u razvoju takvih sustava.

Vjetar je pak nakon stolje?a kori�tenja u morskom prijevozu prakti?ki u potpunosti nestao iz istoga, ali se polako vra?a uz pomo? novih tehnologija zbog njegove mogu?nosti da smanji emisije i potro�nju goriva.

Procjena karakteristika vjetra

To?na procjena karakteristika vjetra je potrebna kako bi se odabrali adekvatni vjetroagregati za odre?ene lokacije, te za ramje�taj vjetroagregata na samoj lokaciji. Preciznija mjerenja i modeliranje vanjskih uvjeta omogu?uju bolji proces projektiranja vjetroagregata. Zajedni?ki se tako mogu dobiti preciznije procjene proizvodnje elektri?ne energije.

Bolje procjene nesigurnosti u procesu procjene vjetropotencijala bi tako?er mogle smanjiti tro�kove financiranja. Bolji modeli i mjerenja su potrebni kako bi se kvalitetnije odredili dugoro?ni potencijali lokacije, te proizvodnja vjetroagregata.

Veliki korak u tom smjeru su regionalne baze podataka vjetra, odnosno detaljni atlasi vjetra regija. Oni se ve? danas koriste za procjene, te mogu pomo?i u odabiru najboljih lokacija za projekte, ali to je samo prvi korak u razvoju jer poslije treba raditi detaljnija mjerenja i modeliranje.

Otvorena baza podataka koja prikazuje dostupnost vjetra u svim dr�avama mo�e uvelike pomo?i po?etnom razvoju projekata. Idealno gledano bi takve baze trebale davati prosje?nu brzinu vjetra, turbulenciju, maksimalnu brzinu, varijabilnsot i druge potrebne podatke te biti povezana sa drugim bazama gdje se mo�e dobiti gusto?a zraka, topografija, temperatura, seizmi?ke aktivnosti i drugo. IRENA (Me?unarodna energetska agencija za OIE) je nedavno na internetu objavila prvu takvu kompilaciju podataka za vjetra.

S obzirom na sve ve?u visinu vjetroagregata standardni mjerni stupovi sa anemometrima postaju sve skuplji (pogotovo na moru) pa se zato razvijaju nova rje�enja kao �to su SODAR (koji koristi detekciju zvu?nim valovima) �i LIDAR (koji koristi detekciju svjetlosnim valovima i radarom) te CFD modeliranje toka zraka.

Optimizacija mikrolokacija vjetroagregata je tako?er jako bitna, a nedovljno istra�ena zbog fenomena zavjetrine koju jedan vjetroagregat radi drugom. To je posebno uo?ljivo kod priobalnih vjetroagregata gdje zavjetrina mo�e utjecati i do 10% na proizvodnju, te dodatno utjecati na optere?enja.

Trenuta?no se radi na standardizaciji mjernih kampanja i kompjuterskih modeliranja resursa kako bi se smanjile nesigurnosti kod lokacija u �umama, sa ledom ili na moru. Tu je potrebno posti?i standardizirane tehnike mjerenja i modeliranja, te dodatne mjerne kampanje na razli?itim terenima kako bi se uspje�no razvili modeli za kompleksne terene.

Bolja procjena resursa vjetra na lokaciji mo�e pomo?i i pri odabiru vjetroagegata, te se na primjer dobrom procjenom ekstremnih uvjeta mogu smanjiti nesigurnosti kod optere?enja vjetroagregata.

Kada vjetroelektrana u?e u pogon jako je bitno imati visoku to?nost kratkoro?ne proizvodnje elektri?ne energije iz vjetroelektrane. Sa boljom procjenom ?e biti manji tro�kovi vo?enja sustava po�to ?e manje rezervnih elektrana morati biti u pripravnosti. To tako?er mo�e pomo?i vjetroelektranama da imaju aktivniju ulogu u sustavu, te da pru�aju pomo?ne servisne usluge i da ?ak balansiraju sustav.

Nabava, proizvodnja i instalacija

Ubrzani rast energije vjetra je ponekad prouzro?io ka�njenja u isporuci klju?nih komponenti, uklju?uju?i radnu snagu. Kompleksnost cijelog sustava je porasla razvojem vi�ih stupova i ve?ih lopatica, a to se sada posebno osje?a kod priobalnih vjetroelektrana. Ja?i sustav nabavke bi trebao omogu?iti stabilnost i predvidivost investitorima.

Napredne metode proizvodnje otvaraju putove za bolju efikasnost proizvodnje. Strategije koje omogu?uju napredak serijske proizvodnje i automatizaciju, te proizvodnja u lokalnim tvornicama blizu lokacija mogu smanjiti tro�kove prijevoza i poreze, te omogu?iti efikasnije na?ine isporuke vjetroagregata.

Smanjenje tro�kova se o?ekuje aktualnim razvojem projekata ?ime ?e se omogu?iti br�a isporuka. Trenuta?no se pojavljuju problemi u isporuci u priobalnom tr�i�tu pri ?emu vlade trebaju razmi�ljati u potporama za proizvodnju, testiranje te sklapanje u posebnim lukama kao �to ve? postoji u Bremerhavenu, Njema?koj. Ve?i tro�kovi ?elika su ve? utjecali na isporuke kao i problemi sa kabliranjem kod priobalnih projekata u Njema?koj. Ovisno o vremenu i lokalnim uvjetima instalacija i logistika za priobalne vjetroagregate mo�e biti skup i iterativan proces koji jako ovisi o za�titi prirode, a i striktnim vremenskim uvjetima. Veliki dio tro�kova za priobalne vjetroelektrane ?ine transport, instalacija, skladi�tenje i planiranje cijelog procesa. Za smanjivanje tro�kova je potrebno smanjiti koli?inu posla na moru ili sa velikim kranovima.

Velika obrazovana radna snaga je potrebna za razvoj novog dizajna, izgradnju novih elektrana na novim lokacijama, razvoj tehnologija instalacija i za gradnju, upravljanje i odr�avanje vjetroelektrana. Europska Unija predvi?a rupu od ?ak 18.000 kvalificiranih in�enjera do 2030. godine ukoliko se ne promjeni broj studenata u odgovaraju?im sektorima.Tokom vremena bi najve?i manjak trebao biti u odr�avanju i servisu. To se mo�e rije�iti ukoliko vlade i drugi odgovaraju?i autoriteti omogu?e dovoljnu koli?inu odgovaraju?ih edukacija i treninga. Takvi programi se ve? provode u Sjedinjenim Ameri?kim Dr�avama i Europi.

Ostali ?lanci u seriji:

- Prvi

- Drugi

- Tre?i

- ?etvrti

- Peti