Energia salvestamine
Tuuleelektrijaamades toodetava elektrienergia koguse määravad neli faktorit:
- Võimsus: elektrituulikute võimsus jääb vahemikku 250 W kuni 7 MW. Keskmise elektrituuliku võimsus on 2,5 MW. Võimsaim maismaatuulik on 7 MW, mille rootori diameeter on 127 meetrit. Merele rajatud tuulikud on hetkel võimsusega kuni 6 MW ning rootori diameetriga 120 meetrit - selline tuulik suudab aastas toota elektrienergiat ca 5500 majapidamisele.
- Tuule kiirus: tugevama tuulega on võimalik toota rohkem elektrienergiat. Elektrituulikud toodavad energiat, kui tuule kiirus on 3-30 m/s.
- Labade raadius: mida suurem on labade raadius, seda rohkem energiat on võimalik toota. Labapikkuse kahekordistamine võib tagada lausa neli korda suurema tootlikkuse.
- Õhutihedus: merepinnast allpool asuvates paikades on õhurõhk kõrgem ning seetõttu on säärased kohad tuulikute kasutamiseks soodsamad. Merepinnast kõrgemal asuvates paikades on õhurõhk madalam ning seetõttu on need tuulikute kasutamiseks vähem soodsad.
Tuuleenergia varude hindamisel tuleb arvestada asjaolu, et tegelikkuses pole võimalik kogu tuule kineetilist energiat muundada mehaaniliseks energiaks, teoreetiline maksimum on piiratud.
Maksimaalse võimaliku tuuleturbiini efektiivsuse määrab Betz'i konstant (59%). Seega vaid 59% tuuleenergiast on võimalik muundada kasulikuks pöörlemiseks. Samas tuleb arvestada ka kõikvõimalike muude kadudega, nii et tegelikkuses tuleb see arv umbes 30 %. Potentsiaalne tuuleturbiiniga toodetav energia hulk sõltub veel tuuleturbiini tüübist, generaatori võimsusest, tornikõrgusest, tiiviku pindalast, labade profiilist ning tööle- ja väljalülitumise tuule kiirusest jm.
Tuuleenergia tootlikkus on ajaliselt küllaltki varieeruv,
sõltudes klimatoloogilistest jm tingimustest. Tootmise tipphetk ei pruugi kokku
langeda elektrienergia vajaduse tipuga. See tekitab olukorra, kus vaid
tuuleenergiast sõltudes võib kujuneda energiapuudujäägi olukord või
ületootmine. Siiski ei ole ka korrektne väide, et tuuleenergia vajab samas
mahus reservvõimsusi, kui on teda elektrienergia tootmisesse rakendatud. Teatud
hulk tagavaravõimsusi on juba algselt elektrisüsteemi integreeritud, et
tootmist tasakaalus hoida ja vastavalt tarbimisele reguleerida.
Reservsüsteemide rajamine sõltub paljuski ka sellest, kuidas tuulikud ja tuulepargid on geograafilises mõttes paigutatud. Üksik tuulik võib vajada 100% reservi, kuid mitmed tuulikud hajutatuna muude energiatootmisüksustega vajavad tunduvalt vähem tagavarasüsteeme.
Kui kuni 20% kogu piirkonna vajaminevast elektrienergiast toodetakse küllaltki suure kõikuva tootlikkusega (nt tuul ja päike) energiaallikatest, peab olema rajatud ka reservvõimsusi selle võimaliku kõikumise katmiseks ca 20-30% ulatuses vastava energiaallika tootmisvõimsusest. Sageli töötavad tagavaraüksused hüdroenergial või maagaasil, ehk sellisel energeetilisel üksusel, mille tootmisvõimsust on võimalik kiiresti reguleerida.
Kui energia tootmine ületab tarbimise (nt. tugev tuul) tekib vajadus ülejäänud energia salvestamiseks, et hoida seda ajaks mil tuulevaikusest või tarbimise kasvust tingituna on vaja rohkem energiat kui turbiinid antud hetkel toota suudavad. Väiksemate ja autonoomsete turbiinide puhul sobivad salvestamiseks akud, kuid võrku ühendatud suurte generaatorite puhul jääb akudest väheseks. Üks võimalus oleks ületoodetud tuuleenergia muundamine elektrolüüsi abil vesinikuks. Hiljem oleks võimalik vesinik kütuseelemendis jälle elektriks muundada ja toodetud elektrit kasutada tuuleenergia ebaühtluse katmiseks.
Kütuseelemendi kasutegur on kõrge, eralduva soojuse kasutamisel kuni 90 %, see on kompaktne, käratu ning ei eralda keskkonda mürgiseid ühendeid.
Lisaks on rakendatud erinevaid energiasalvestusjaamu:
- vee pumpamine veehoidlasse, tehisjärve, hiljem on võimalik kasutada hüdroenergiat;
- suruõhul töötav energiasalvestusjaam: õhk paigutatakse suure rõhu alla, mida hiljem läbi turbiinide juhitakse, et elektrit toota.
Arvuta!
Kui palju voolu suudab üks tuulik toota? Kui suur võiks olla ühe keskmise kodumajapidamise energiatarve?
Arvuta!
Vatt näitab, kui suure tarbimisvõimsusega töötab elektriseade. 1 kilovatt on 1000 vatti. Elektri tarbimist mõõdetakse kilovatt-tundides, mis näitab mitu kilovatti energiat kulub ajaühikus ehk 1 tunni jooksul. Arvuta, mitu minutit saab töötada täisvõimsusel küdev 1400 vatine elektriradiaator kui selleks kulub 2 kWh elektrienergiat?