אנרגיית רוח כמקור אנרגיה בר קיימא

אנרגיית רוח כמקור אנרגיה בר קיימא

קורס:
אנרגיה מתחדשת 60075
מרצה:

מגישים:

תוכן עניינים

1. מבוא 5
1.1 אנרגיה המופקת מרוח 5
1.2 סקירה היסטורית 6
1.3 טורבינות רוח נפוצות 7
1.3.1 טורבינת רוח אנכית 7
1.3.2 טורבינת רוח אופקית 8
2. רקע תאורטי 8
2.1 היווצרות הרוח 8
2.2 עוצמת הרוח כתלות בגובה ופני שטח 10
2.3 האנרגיה ברוח 11
2.4 עקרונות אווירודינמיים 13
2.4.1 עקרון ברנולי 13
2.4.2 כוח עילוי 14
2.4.3 כוח גרר 14
2.4.4 זווית ההתקפה – ) AOA‏ (Angle Of Attack 15
3. טורבינת רוח אופקית 17
3.1 מבנה הטורבינה 17
3.1.1 להבים 17
3.1.2 מנגנוני סיבוב הטורבינה 18
3.1.3 תמסורת פלנטרית 19
3.1.4 גנרטור 20
3.2 הספק הטורבינה 21
3.3 מגבלות 22
3.3.1 מגבלת בץ'- Betz's law 22
3.3.2 מגבלת מהירות 23
3.4 חוות רוח 24
3.4.1 חוות רוח יבשתית 24
3.4.2 חוות רוח ימית 24
4. הפקת חשמל מטורבינת רוח – עלות ותפוקה 25
4.1 עלות הקמה 25
4.2 עלות תפעול ותחזוקה 25
4.3 הכנסות 26
5. אנרגיית רוח ביחס לאנרגיות מתחדשות אחרות 26
6. יתרונות וחסרונות 27
6.1 יתרונות 27
6.2 חסרונות 28
7. סיכום ומסקנות 29
8. מקורות מידע 29

מבוא

כבר מלפני אלפי שנים הובן שרוח היא משאב עוצמתי שהאדם יכול לנצל לטובתו. בשנים האחרונות יש יותר מודעות לפוטנציאל הטמון ברוח כמשאב זמין ובר קיימא בגלל ההבנה כי מאגרי דלק המאובנים הם סופיים בכדור הארץ וגם בגלל ההשפעות השליליות של שריפת דלקים מזהמים. כיום עם ההתפתחות הטכנולוגית בטורבינות רוח, יש הרואים בשימוש באנרגיית רוח חלופה ירוקה לאנרגיות מזהמות.
1.1 אנרגיה המופקת מרוח
אנרגיה המופקת מרוח היא אנרגיה שמנצלת את התנועה של הרוח בקו ישר (אנרגיה קינטית) וממירה אותה לאנרגיה זמינה (עבודה). קיימות דרכים שונות לנצל את האנרגיה הזמינה, בהתאם לתוצאה הנדרשת.
דוגמאות לכך הן:
מיזוג אוויר לבתים – שיטה שנוצלה החל מהזמן הקדום בתכנון מבנים בהם יכולה הרוח לזרום במסלולים מוגדרים ובהם למעשה מנצלים בין היתר עקרונות בתחום הפיזיקה של גזים כמו אילוץ התפשטות הגורמת לירידת הטמפרטורה ולקירור או דחיסה.
הנעת סירות מפרש – מבנה המפרש מאפשר לנצל את אנרגיית הרוח, כך שלמעשה אפשר להתקדם בכיוונים שונים אפילו כשהרוח נושבת בכיוון מסוים, כאשר המפרש לוכד את הרוח ובאמצעות ההיגוי מכוונים את הסירה לכיוון הרצוי.
הנעת כדורים פורחים – האנרגיה של הרוח יכולה להטיס כדורים פורחים. ידוע על אנשים שהקיפו את כדור הארץ בכדור פורח. המבנה האווירודינמי של כדור יכול לקבל מומנט עילוי או לנוע באמצעות כוחות גרר. השילוב בין שניהם יוצר את התנועה והשליטה נעשית על ידי חימום או קירור האוויר הלכוד בכדור הפורח.
דאייה – זרמי אוויר מאפשרים לציפורים ודאונים לדאות על פניהם ובכך לרחף בקלילות תוך חיסכון באנרגיה. זו למעשה אנרגיית עילוי הפועלת על המבנה האווירודינמי של כנף הציפור או הדאון וזרמי האוויר שעוברים מעל הכנף מושכים אותה מעלה ואילו זרמי האוויר מתחת לכנף דוחפים מעלה.
טחנת רוח –  הרוטור של הטורבינה מחובר באמצעות מיסב לציר המסובב את גלגל הטחינה שטוחן את התבואה.
משאבת רוח – הרוח מסובבת מדחף הנמצא בראש המגדל וגורמת לתנועה אנכית של מוט מחבר המפעיל את המשאבה ומעלה את המים מעומק הפיר למאגר על הקרקע. (בעבר היו משאבות רבות כאלה בסוף המאה ה-19 עד הכנסתם לשימוש של מנועי נפט.)
טורבינת רוח – סיבוב הרוטור של טורבינות רוח מחובר לגנרטור אשר יכול להמיר את הכוח הסיבובי לאנרגיה חשמלית.
למעשה ישנן שתי דרכים בהן האנרגיה מנוצלת: בשיטת העילוי – כוחות העילוי הפועלים על מבנה אווירודינמי (מפורט בסעיף 2.4 בהמשך) וגרר שהוא למעשה סוג של דחיפה הנוצרת בלכידה של הרוח למשל במפרש המושך סירה או לחלופין כנפיים שטוחות הניצבות לכיוון הרוח.
1.2 סקירה היסטורית
השימוש בכוח הרוח מתוארך לאחור אלפי שנים, עם העדויות המוקדמות ביותר למכונות מונעות רוח שהופיעו במצריים, פרס וסין העתיקות. במצריים העתיקה………………………..