GRAEVINSKO-ARHITEKTONSKI FAKULTET NI

1.0 UVODEnergija vetra je obnovljivi izvor energije koji potie od snage vetra. Vetar je zapravo oblik solarne energije, jer je uzrokovan neravnomernim zagrevanjem atmosfere od sunca, nepravilnostima povrine zemlje i rotacijom zemlje. Strujanja vetra su oblikovana od strane terena zemlje, vode i vegetacije. Ljudi koriste ova strujanja vetra ili kretanje energije za mnoge namene, pre svega za dobijanje mehanike i elektrine energije. Turbine na pogon vetra pretvaraju kinetiku energiju vetra u mehaniku snagu. Ova mehanika snaga moe se koristiti u razliite svrhe, na primer za bruenje ili pumpanje vode, ili pak za pretvaranje u elektrinu energiju. Energija vetra prua mnoge prednosti, i to je razlog to je ovo najbre rastui izvor energije na svetu. Osnovna prednost energije vetra jeste u injenici da je izvor energije isto gorivo vetar. Energija vetra ne zagadjuje vazduh poput elektrana koje se oslanjaju na sagorevanje fosilnih goriva, kao to su ugalj ili prirodni gas. Turbine na pogon vetra ne proizvode atmosferske gasove koji izazivaju kisele kie ili efekte staklene bate. Korienje ovog vida energije mogue je u skoro svakoj zemlji na svetu, a takodje predstavlja veoma jeftin izvor, sa cenom od 4 do 6 centi po kilovat satu, u zavisnosti od snage vetra i finansiranja samog projekta.1.1 Cilj rada

U novijoj istoriji, svet se susreo sa novom vrstom problema u vidu naruavanja dotadanjih prirodnih tokova. Neumerena eksploatacija prirodnih resursa, nemarno ponaanje prema okolini i velika potronja energije dobijene od fosilnih goriva samo su neki od razloga tih problema. Takvo ponaanje ljudi prema Zemlji dovelo je celo oveanstvo u kritinu situaciju. Posledice sa kojima se ljudi danas suoavaju brojne su i velike a medju najveima su svakako efekat staklene bate tj. neprekidni rast temperature, globalna promena klime i klimatskih uslova, porast nivoa mora, nedostatak primarnih ivotnih resursa (naroito vode), nepovoljni uslovi ivorta u gusto naseljenim podrujima...Zbog toga se oveanstvo sve vie okree obnovljivim izvorima energije i bazira svoj dalji razvoj upravo na njima. Imajui u vidu znaaj obnovljivih izvora energije u dananjem svetu i njihove sve vee primene u svakodnevnom ivotu, osnovni cilj ovog rada bilo je uopteno prikazivanje trenutne situacije korienja energije vetra sa akcentom na primenu u arhitekturi.1.2 Metod istraivanja

Glavni fokus rada je na primeni i iskorienju energije vetra u arhitekturi tj. integracija vetrogeneratora sa arhitekturom i njihova adaptacija objektima, kao i na svrsi i isplativosti takvog poduhvata. Da bi to bilo prikazano na pravi nain, prethodno je ukratko objanjen princip iskorienja energije vetra uopteno, zatim princip rada vertogeneratora, kao i njihove glavne vrste. Kao primeri dati su neki od ve izvedenih radova sa primenjenim posebno adaptiranim vetrogeneratorima. Uz to, napomenute su i glavne prednosti i nedostaci primene vetrogeneratora u arhitekturi, a detaljno su opisani i problemi takve izgradnje. Radi upotpunjavanja teme, dato je i trenutno stanje korienja energije vetra u Srbiji i u svetu, njen potencijal i kratki osvrt na istoriju korienja. 1.3 Osvrt na istoriju korienja energije vetra

Energija vetra vekovima ja koriena za dobijanje mehanike energije, a nakon naftne krize 1973. godine i za dobijanje elektrine energije.

Korienje energije vetra poelo je jo pre 5500 godina, sa jedrilinim amcima kao najranijim primerima. Primena u arhitekturi poinje jo u antikom dobu, gde je vetar korien kao prirodna ventilacija. Prvi oblici vetrenjae nastaju u Persiji, oko 200. godine p.n.e., napola zatvorene sa ravnim jedrima. Praktiniji oblik vetrenjae sline konstrukcije stvoren je u Avganistanu u 7. veku, odakle se ideja proirila do Evrope. Zabeleeno je njihovo korienje u Engleskoj i Holandiji u 12. veku za mlevenje zrna u brano ili pumpanje vode. Do poetka 19. veka vetrenjae su se proirile po celoj Evropi, a ideja je preneta i u Severnu Ameriku. Od 1970. godine, industrija korienja energije vetra prolazi kroz uurban razvoj, kada se interes za dobijanje elektrine energije javio. Prve vetrenjae ovog tipa (turbine) bile su malih veliina, sa snagom od nekoliko kilovata (kW), a koriene su uglavnom za stambene aplikacije. Zahvaljujui istraivanjima u Sjedinjenim Dravama, industrija vetra je krenula putem breg razvoja, sa sve veim vetrenjaama, snage od nekoliko desetina kW, da bi se na kraju razvila snaga merena na megavat (MW) skali.

Jo jedan zanimljiv preokret poinje 1980. godine, kada se vetrenjae grupiu i nastaju farme vetrova. Postavljanjem vetrenjaa u redove na vetrovitim predelima, olakava se njihovo odravanje, a struja se lake prikljuuje na komunalne mree.

Danas, odlazimo korak dalje: vetrenjae se postavljaju na vrhovima zgrada ili se integriu sa njima na razne naine.2.0 POTENCIJAL ISKORIENJA ENERGIJE VETRAPostoje delovi Zemlje na kojima duvaju takozvani stalni (planetarni) vetrovi i na tim podrujima je iskoriavanje energije vetra najisplativije. Dobre pozicije su obale okeana i puina mora. Puina se istie kao najbolja pozicija zbog stalnosti vetrova, ali cene instalacije i transporta energije koe takvu eksploataciju. U primorskim zemljama, uz obalu ili na planinskim prevojima uz more, stalno duvaju vetrovi pa izbor lokacije nije teak. U kontinentalnim zemljama, posebno u planinskim oblastima, na samo stotinak metara, smenjuju se zavetrine i brisani prostori, gde vetarsnano duva. Kod pretvaranja kinetike energije vetra u mehaniku energiju (okretanje osovine generatora) iskoriava se samo razlika brzine vetra na ulazu i na izlazu.Da bi bile efikasne i da bi se investicija isplatila, vetrenjae se uglavnom grade u veem broju, pa se nazivaju vetroparkovi ili vetrofarme. Vetroparkovi mogu da budu izgraeni na kopnu ili po mogustvu na moru (off shore) gde su vetrovi mnogo jai. Kapitalne investicije izvan ve postojee mree su velike, pa se uglavnom bogatije zemlje sa velikim potencijalom uputaju u izgradnju vetrenjaa van kopna. Po procenama Evropske agencije za razvoj energije vetra, potencijal vetra van kopna je 3,000 TWh to bi bilo vie od celokupne sadanje potronje energije u Evropi.

Pored svih pozitivnih strana korienja vetra kao jednog od obnovljivih izvora energije, odravanje je relativno jeftino, a troak proistie iz poetne investicije za instalaciju. Dugorono gledajui, ova tehnologija investiciono moe da se takmii sa termoelektranama i nuklaernim elektranama. Mana jeste to se velike vetrenjae postavljaju van naseljenih mesta, izvan mesta gde je potrebna energija, pa je neophodna solidna infrastuktura za ceo projekat. Takoe, brzina vetra se esto menja pa samim tim i proizvodnja energije vetroparka, ali su iskustva zemalja koja imaju vetroparkove pokazala da je bilo manje problema nego to se oekivalo od oscilirajue koliine proizvedene struje.2.1 Potencijal iskorienja energije vetra u svetuKomercijalizacija vetrenjaa za proizvodnju struje je poela 80-tih godina sa vodeom Danskom tehnologijom. Od postrojenja od 20-60 kW i sa prenikom rotora oko 20m, tehnologija se razvila i do 6 MW sa prenikom rotora oko 120 m, sa oko 40% efikasnosti. Energija vetra ima sve prednosti obnovljivih energija, pa se globalno trite u poslednjih 10 godina razvilo u velikoj meri, a u 2008 godini ovaj sektor je zabeleio rast od 29%, sa prometom od oko 40 milijardi evra. Instaliranje velike vetrenjae od 2 MW koja je visoka oko 100 m, kota oko 2.38 miliona evra, pa je bitno imati ekonomsku opravdanost investicije i veliku efikasnost proizvodnje energije iz vetra.Stanje instalisanih kapaciteta u Evropi prema podacima sa kraja 2007. god. iznosi preko 56 GW. Moe se uoiti da najvie vetroelektrana (skoro 40%) ima u Nemakoj, pa u paniji (27%), a da u ovom pogledu prednjae jo i Danska, Italija, Francuska, Velika Britanija, Portugalija, Holandija, Austrija i Grka. Takoe, vidi se i da u zemljama zapadnog Balkana nema ni jednog instalisanog vetrogeneratora, ali i u nekim zemljama EU (na Kipru, Malti i u Sloveniji).

U 2008 godini SAD je instalirala najvie kapaciteta vetrenjaa na svetu, a na drugom mestu je Nemaka, gde je instalirano oko 24 GW to je zapravo oko 8% ukupne elektrine energije ove zemlje i ujedno i najvei procenat od svih obnovljivih izvora energije Nemake. SAD je uveo program za energiju vetra po kojem je cilj da se do 2012 godine cena od 8 centa po kW/h spusti na 4 centa. Takoe Kina je duplirala svoje kapacitete tri godine za redom, a planirani kapaciteti krajem 2010 godine bili su oko 30 GW.Prema podacima za prvi kvartal 2009. godine (podaci su dostupni za 80% svetskog trita), zabeleeno je 5374 MW instaliranih novih kapaciteta, odnosno 23% poveanja u odnosu na prethodnu godinu. Instalisano je ukupno kapaciteta od 152 000 MW irom Sveta do kraja 2010. godine, to je znailo novi rekord od preko 30 000 MW instaliranih kapaciteta u toku jedne godine! Ovo predstavlja rast od 25% u odnosu na 2009. godinu.Cilj EU bio je da se do 2010 godine proizvodi 21% energije iz obnovljivih izvora energije, a vedska je usvojila plan za sledeih 10 godina da ovaj procenat bude 50% iz obnovljivih izvora energije. vedska vlada eli da postigne ovaj visok procenat energije iz OIE upravo preko vetroparkova. U vedskoj je trenutno funkcionalno 6 vetroparkova, a projekat u izgradnji se odnosi na Markbygden vetropark koji bi bio izgraen blizu ve postojee elektrodistributivne mree. Markbygden postrojenje bi ukljuivalo izgradnju 1100 vetrenjaa sa duinom rotora od 100-120m sa kapacitetom proseno 1.4 GWh dnevno i zauzimalo bi povrinu od oko 450 km2. Izgradnja ovog vetroparka e kotati oko 6.9 milijardi Evra. Ovaj projekat bi nakon izgradnje bio najvei vetropark u Evropi na kopnu.Po procenama Evropske agencije za razvoj energije vetra, potencijal vetra van kopna je oko 3,000 TWh, to bi bilo vie od celokupne sadanje potronje energije u Evropi.

Slika 2: korienje energije vetra u Evropi (dato u MW)2.2 Potencijal iskorienja energije vetra u Srbiji

Ukupni potencijali obnovljivih izvora energije u Srbiji su na nivou godinje potronje naftnih derivata u zemlji. Ovakva pozicija daje dosta prodstora za budua ulaganja u zelenu energiju. Srbija do sada je jedino ulagala u hidroelektrane, mada u poslednje vreme su u najavi mnogi projekti u vezi solarnih elektrana i vetroelektrana. Prema analizama strunjaka ovo podruje Balkana ima kapacitet u vetrovima od 1300MW-1500 MW, ili oko 2.3-2.4TWh/god. Najperspektivnije lokacije za izgradnju elektrana na vetar su: MidornaStaroj Planini sa prosenom brzinom vetra od 7.66m/s, Suva planina 6.46m/s, Vraki Breg 6.27m/s,Tupinica 6.25m/s, Krepoljin 6.18m/s, Deli Jovan 6.13m/s, Juhor i Jastrebac, ali ne treba izostaviti i druge oblasti u dolini Dunava, Save i Morave. Za tane podatke snage vetrova i ocene opravdanosti izgradnje vetroelektrana potrebno je sprovesti merenja tako da je Agencija za energetsku efikasnost Republike Srbije obavila merenja parametara vetra na visini od 10-50 metara u Negotinu, Velikom Graditu i Titelu. Ovo je tek poetak opsenog istraivanja u izradi Studije Atlasa Vetrova Srbije. Ovakav projekat je uraen u Vojvodini. Snimanje traje od 18-24 meseca na visini do 50m. Prema savetu Ministarstvo rudarstva i energetike da bi neka lokacija bila isplativa za ulaganje u vetroelektrane potrebno je da se najmanja godinja brzina vetra kree u rasponu od 4.9 5.8 m/s. Zato je potrebno uraditi merenje svake mikro-lokacije kako bi se tano imao uvid u budui prinos investicije. Ovakva istraivanja zahtevaju ulaganja od oko 5000 evra ia svaki merni stub. Njime se mere brzine vetrova na 50m, 40m i 30m, kao i pritisak i vlanost vazduha, tako da konana cifra iznosi 10 do 12 hiljada evra. Prikazom ovih podataka eli se dati uvid u cenu samog istraivanja koja mogu biti na kraju samo statistike vrednosti.

Slika 3: atlas vetrova VojvodinePema merenjima i analizama pokazala se isplativost vetroelektrana na nekoliko lokacija. Energetske dozvole za postavljanje vetroelektrana dobilo je est kompanija, sa ukupnom snagom od 1.2GW, i dinamikom ralizacije da do 2012. u funkciji bude 450MW. Jo 2006. god. bilo je planorano da u optini Inija austrijsko-srpska firma Re-energy postavi jednu vetrnjau od 1MW i cenom od 1.5 miliona evra kao probno ulaganje. Ova oblast je pogodna tako da se planira jo oko 20 vetrenjaa. U Panevu Loger planira vetropark Dolovo u kome e biti izgraena vetroelektrana ukupne snage 25 MW, tj. 25 vetrogeneratora svaki snage 1MW. Potom jo jedan grad se usmerio ka eksploataciji zelene energije. Negotin je svojoj dijaspori ponudio investicioni projekat vetroelektrana Popadija sa vremenom otplate od osam godina. Zatim, u Vojvodini, koja je zavrila projekat Atlas vetrova AP Vojvodine (Wind Atlas), planiraju se na samom istoku opseni radovi. U optini Irig se planira farma od 20 vetrenjaa farma, investitor bi bila austrijska kompanija Vindrajz. Kompanija MK Fintel e napraviti vetropark sa 52 vetrogeneratora snage 2.5-3MW svaki, u selima Izbite, Parta i Grebenac kod Vrca. Firma Vingtim planira elektranu od 60 megavata sa 24 vetrnjae postavljenih na obodu Deliblatske peare (Zagajika brda). U Planditu je Energovind planiraju da uloe 140 miliona evra u 50 vetrogeneratora, snage 100MW. Pored Bele Crkve firma Bondkom Italija planira investiciju od 120 miliona evra sa 40 vetrnjaa i maksimalne snage 120MW. U Alibunaru belgijska firma Vind vin vri analizu potencijala na veim visinama, 50-100m, tako da se moe oekivati da se intaliraju genrtori snage 2-5MW.Dakle, energija vetra kao deo obnovljivih izvora energije poinje se sve vie istraivati i iskoriavati. Njeni potencijali iako poznati jo starim Egipanima poinju se danas smatrati za ozbiljne resurse tako se investiranje moe oekivati u jo veem obimu. Sa rastom popularnosti ideje o energiji vetra, poinje blagi pad trokova proizvodnje iste, i sa tim energija vetra postaje sve konkurentnija tradicionalnim fosilnim gorivima.

Slika 4: prosena godinja snaga vetra u SrbijiU Vojvodini postoje tri (za sada) veoma interesantne lokacije za izgradnju vetroparkova, za koje su uraeni projekti, ali se ekaja usvajanje odreenih zakona pa da se konkretno krene u realizaciju ovih projekata. Lokacije su:

1. Dolovo-predviena snaga vetroparka je 48 MW, odnosno 24 jedinice po 2 MW

2. Bavanite-predviena snaga vetroparka je 100 MW, odnosno 94 jedinice po 1,1 MW 3. Bela Crkva-predviena snaga vetroparka je 100 MW, mada se u nekim istraivanjima dolazi do mogunosti izgradnje oko 187 MW.3.0 PRINCIPI KORIENJA ENERGIJE VETRAEnergija vetra je kinetika energija koju poseduje vazduh koji struji. Koliina energije uglavnom zavisi od brzine vetra, ali je takoe u manjoj meri zavisna od gustine vazuha, na koju utiu temperatura i pritisak vazduha i visina. Kod vetrogeneratora, snaga izlazne energije dramatino raste sa porastom brzine vetra. Zbog toga je veina najisplativijih vetrogeneratora locirana u vetrovitim oblastima. Na brzinu vetra utie konfiguracija terena pa se zbog toga vetrogeneratori podiu na visokim tornjevima.

Vetar je vazduh u kretanju. To kretanje je uslovljeno neravnomernim zagrevanjem Zemljine povrine od strane Sunca. Poto povrinu Zemlje ine veoma razliiti tipovi zemljita i voda, oni na razliite naine absorbuju Sunevu toplotu. Tokom dana, vazduh iznad tla se mnogo bre zagreva nego vazduh iznad vode. Topao vazduh iznad tla se iri i podie, a tei, hladan vazduh dolazi na njegovo mesto stvarajui vetar. Nou, vetar je obrnut zato to se vazduh iznad tla bre hladi od vazduha iznad vode.

Na isti nain, snani atmosferski vetrovi koji krue oko Zemlje nastaju usled toga to se tlo u blizini ekvatora vie greje nego tlo u blizini severnog i junog pola. Dakle, energija vetra je samo drugi oblik energije Sunca. Rauna se da se neto manje od 3% energije Sunca koja padne na Zemlju pretvori u vetar.

Brzina vetra meri se anemometrom ili anemografom. U dosadanjoj meteorolokoj praksi, najee se koristi Fusov anemograf, koji meri pravac, srednju i trenutnu brzinu vetra. Sve tri veliine se registruju neprekidno na anemografskoj traci. Detektorski deo anemografa obino se nalazi 10 m iznad tla, na stubu u krugu meteoroloke stanice. U novije vreme, merenja podataka o vetru vre se pomou digitalnih ureaja za prikupljanje podataka jer standardni meteoroloki podaci nisu dovoljno dobri za primenu u vetroenergetici.

Veoma je interesantan, pored pomenutih osnovnih veliina, i parametar koji definie vetar, a to su udari vetra. Udar vetra je brzina vetra u trajanju od nekoliko sekundi. U Srbiji je dobro poznat severoistoni vetar, koava koji ima este udare velikog intenziteta. Recimo, kada je srednja brzina deset metara u sekundi, udari dostiu i duplo veu vrednost. Pravac ostaje isti i pri tim udarima.Vetroturbina je maina za konverziju kinetike energije vetra u mehaniku energiju. Ako se mehanika energija koristi direktno u mainama kao to su pumpe ili maine za mlevenje itarica, re je mlinovima na vetar. Ako se mehanika energija pretvara u elektrinu, re je vetrogeneratorima. Vetrogeneratori proizvode obino 40% od nominalne snage, ali pri optimalnim vetrovima taj procenat se moe popeti i do 60%.

Vetroturbine se mogu podeliti na dva tipa, po osnovu poloaja ose oko koje se turbina okree. Najee se koriste horizontalne turbine. Danas su najrasprostranjeniji vetrogeneratori sa elisom od tri krila, snage od 1 kw do 6 Mw. Kod ovih vetrogeneratora se prenosni sistem - reduktor i sam elektrini generator nalaze na vrhu noseeg tornja. Cela konstrukcija se, pomou senzora pravca vetra i servomotora, pokree tako da je elisa uvek okrenuta normalno na pravac duvanja vetra. Najsloeniji deo je menjaka kutija koja pretvara lagano i neujednaeno kretanje elise u brze okrete generatora stalne uestanosti. Na snagu vetra utiu: hrapavost tla, prirodne ili vetake prepreke i orografija. Rad vetrogeneratora moe biti bitno uvean ukoliko se WEG locira izmedju dve prepreke ili dve planinske padine ( tunel efekat ). Poveanja brzine mogu da budu i preko 30% u odnosu na okolinu. Jedan od uobiajenih lociranja WEG je na vrhovima brda gde se poveavaju gustina i brzina vazduha koji struji.

Efikasnost rada zavisi od srednje brzine vetra i uestanosti. Usled diskontinuirane prirode vetra, stepen iskorienja kapaciteta WEG je nii nego kod konvencionalnih elektrana i krece se izmeu 20 i 40% u odnosu na instaliranu snagu. Vetar jako varira, pri emu se promene brzine javljaju i usled ovog ili onog godinjeg doba. U naim uslovima vetrovi su najjai zimi, kada je najvea potronja elektrine energije, pa WEG mogu da slue kao vrni kapaciteti.

Znaajni parametri za proizvodnju elektrine energije su: brzina vetra, opredeljujui pravac, uestanost brzina, uestanost tiine, gustina vazduha. Tipina varijacija vetra obino se opisuje Weibull - ovom distribucijom. Sabiranjem svake brzine pomnoene sa verovatnoom njenog pojavljivanja dobija se srednja brzinu u posmatranom periodu.3.1 Princip rada vetrogeneratora

Za vetroenergetiku su od posebnog interesa povrinski vetrovi u prizemnom sloju atmosfere do visine od 200 m. U tom sloju se na pogodnim lokacijama postavljaju vetroagregati koji vre konverziju energije vetra u elektrinu. Elektrina energija se isporuuje EES-u ili izolovanim potroaima.

Kretanje vetra prouzrokuje okretanje propelera kojim se preko generatora proizvodi struja. Lopatice propelera, koje mogu da budu i duine oko 120 metara, se prave od staklenih vlakana i poliestera ili staklenih vlakana i epoksi polimera. Kinetika energija vetra se transformie u mehaniku energiju pomou vetroturbine. Brzinu obrtaja vetroturbine (koja iznosi nekoliko desetina obrtaja u minutu) obino je potrebno prilagoditi zahtevanoj brzini generatora. Zato se koristi mehaniki reduktor. Elektrini generator (vetrogenerator) moe biti sinhroni ili indukcioni (asinhroni), pri emu moe raditi sa fiksnom ili promenljivom brzinom obrtaja. Generator se naponski prilagoava EES-u pomou energetskog transformatora.

Slika 5: konstrukcija vetrenjae1. Toranj - sada se pravi kao zatvoreni stub, a ranije se toranj pravio od eline reetke gde su se ptice gnezdile

2. Lopatica - velike vetrenjae uglavnom imaju tri lopatice sa promenljivim uglom

3. Rotor - zajedno sa lopaticama ini rotor

4. Konica - za hitne sluajeve

5. Osovina niske brzine - zajedno sa osovinom visoke brzine pokree generator

6. Osovina visoke brzine

7. Usmeriva usmerava nagib propelera

8. Motor usmerivaa - pokree usmeriva

9. Menja brzine - menja brzinu od oko 30 do 1800 obrtaja u minuti. Ovo je teak i skup deo vetrenjae, pa ininjeri istrauju alternative koji izbacuju menjae iz upotrebe

10. Generator - proizvodi AC struju

11. Anemometar - meri brzinu vetra

12. Diopter vetrenjae prati smer vetra i omoguuje usmerivau da orijentie rotor ka vetru3.2 Vrste vetroturbinaPostoje razlite konstrukcije vetroturbina. Cilj je da se postigne to vei stepen iskorienja i stabilan rad u to irem opsegu brzina vetra. Razvoj vetroturbina je jo uvek intenzivan.

Postoje vetroturbine sa:

- vertikalnom osovinom, i sa

- horizontalnom osovinom.

Kod vetroturbina sa vertikalnom osovinom vetar struji normalno na osu rotacije, pa se one ne moraju usmeravati prema smeru duvanja vetra, ali im je koeficijent korisnog dejstva manji. Kod njih se generator postavlja u podnoje turbine, te nisu potrebni jaki tornjevi. Poznatiji tipovi ovih turbina su autora Sigrida Savoniusa (Finska) (Sl.6a), Georges Darrieus-a (Francuska) (Sl.6b), H-rotor (Sl.6c) i Riviere-ova (Sl.7).

Slika 6: a) turbina Sigrida Savoniusa; b) turbina Georges Darrieus-a; c) H-rotor

Slika 7: Rivierova turbinaNajvei koeficijent iskorienja snage vetra ima Darrieus-ova turbina (vrno 40% i proseno 35%), koja moe imati dva ili vie tanka, blago upredena, trakasta krila oblika slova C. Nedostatci su joj to zbog uravnoteenog momenta ne moe samostalno da startuje i zauzima veliki prostor kada je veih dimenzija, jer tada osovinu uvruju zatezna uad. Ovaj tip se jedini naao u komercijalnoj primeni (poslednja poznata od 4200KW sa dvokrilnim rotorom prenika 100m iz Kvebeka u Kanadi vie ne radi). H-rotor turbina slinih je svojstava Darieus-ovoj, dok je Riviere-ova turbina, sa ploastim krilima koja se obru oko sopstvene ose, uspeno prola eksperimentalnu fazu na Estonskom univerzitetu za agrikulturu Kreutzwaldi iz Tartu-a.Savoniusova turbina, iji rotor sainjavaju dve cilindrine povrine, delimino preklopljene i sueljene udubljenim delom, ima najmanji koeficijent iskorienja snage vetra (vrno 15%), ali ima prednost to ne zauzima veliki prostor i ne moe povrediti iva bia pri neposrednom kontaktu sa rotorom u radnom zamahu. Dok su aksijalne vetroturbine blizu dostizanja tehnikog maksimuma svojih mogunosti, poslednjih godina se uoava sve vee interesovanje strunjaka za nedovoljno istraene mogunosti njihovih radijalnih roaka, pa se uestalo prijavljuju i patentiraju njihove nove varijanteVetroturbine sa horizontalnom osovinom mogu biti postavljene uz i niz vetar. Vetroturbine postavljene niz vetar se same prilagoavaju smeru vetra. Nedostatak im je to lopatice pri rotaciji prolaze kroz zavetrinu stuba, ime se stvaraju mehanike vibracije i buka. Osim toga stub stvara i turbulencije to smanjuje efikasnost vetroturbine, pa se ovaj koncept ne koristi za vee snage. Moderne vetroturbine se grade sa horizontalnom osovinom koja ima sistem za zakretanje osovine u horizontalnoj ravni za praenje promene smera vetra. Mogu imati razliit broj lopatica, ali se za vee snage najee koriste tri lopatice jer daju najvei stepen iskorienja (sl. 10.3. b). Veoj snazi aksijalnih vetroturbina posebno doprinosi duina krila rotora, kojoj je srazmeran moment sile na pogonskom vratilu, ali i opasnost od lomljenja istih pri brzinama vetra iznad 15 m/s. Problem se donekle prevazilazi izradom krila od vrstog i lakog ali skupog materijala (npr. karbonskih vlakana), ili od jeftinijih ali teih materijala. Prenik rotora (radnog kola ili elise) ovih turbina kree se od 30 m za snagu od 300 kW do 115 m za snagu od 5 MW. Vetroturbina se postavlja na vertikalni stub koji, u zavisnosti od prenika rotora turbine, moe biti visok i preko 100 m. Stub se najee gradi kao elini konusni, a ree kao elino-reetkasti. Vremenom su usavreni aerodinamiki profili krila, tehnologija materijala rotora i prenosnih mehanizama, te danas nezaobilazni elektrogenerator sa prateim elektronskim kontrolerima. Elektroprivrede razvijenih zemalja ve raspolau skupovima aksijalnih vetroturbina u formi eolskih plantaa. Posebni nedostatci aksijalnih vetroturbina su: obustava eksploatacije pri vetrovima uglavnom iznad 15m/s, veliki prostor kojeg zaprema rotor, visoki toranj za njegovu montau (srazmeran duini krila) i mogunost nanoenja opasnih (nekad smrtonosnih) telesnih povreda ivim biima u sluaju kontakta sa rotorom u zamahu. Ipak, visok koeficijent iskorienja snage vetra savremenih aksijalnih vetroturbina (vrno 50% i proseno 45%), daje im prednost u primeni za projektovane snage u opsegu od nekoliko desetina kilovata do nekoliko megavata.

Slika 8: trokraka turbinaVelike komercijalne vetrenjae od par MW uglavnom imaju 3 kraka propelera, ali se irom sveta dizajniraju novi oblici kako bi se izbegli svi negativni uticaji na ivotnu sredinu, ptice i slepe mieve, da bi se smanjili materijali, kao i naravno da bi se postigla vea efikasnost.- Helix vetrenjaaVetrenjaa sa vertikalnom osom, dizajnirana po principu 2 jedra na brodu. Ovakav oblik je otporan na promenljiv smer vetra, kao i na jake vetrove i do 142 km/h.

Slika 9: Helix vetrenjaa- Maglev vetrenjaa

Vertikalne vetrenjae su znatno efikasnije od standardnih, horizonalnih vetrenjaa i zaista koriste jainu vetra. Pored toga, tehnologija magnetne levitacije eliminie veinu trenja postavljanjem cele strukture da 'lebdi' na jakom magnetnom polju.

Slika 10: Maglev vetrenjaa4.0 VETROGENERATORI U ARHITEKTURIPozivanje na integraciju vetrogeneratora u arhitektonske objekte sve je ee. Krovovi su postavljeni iznad nivoa zemlje, u zoni jaih strujanja vazduha, elektrina energija se dobija na licu mesta, a vetrenjaa na krovu predtavlja jasno izraavanje stava vlasnika objekta. Desetine novonastalih i svetski priznatih firmi nudi svoje vetroturbine na tritu. One postaju sve zastupljenije postepenim okretanjem javnosti od fosilnih goriva ka obnovljivim izvorima energije. Medjutim, prilikom integracije vetrogeneratora u arhitektonske objekte nailazi se na dosta problema, naroito finansijskih. Ispostavilo se da, uprkos nekim dobitima, integrisane turbine nemaju smisla koliko i ozbiljne strategije za korienje obnovljivih izvora energije. Naalost, integrisane vetroturbine esto ne donose ono to obeavaju. One moraju prevazii nekoliko problema kako bi bile efikasne u meri koja se od njih i oekuje i kako bi na kraju bile isplative.Karakteristika brzine vetra jeste da se poveava sa visinom u odnosu na tlo, delimino i zbog manjeg uticaja drvea i drugih prepreka. Postavljanje vetrenjaa na krov, naroito visokih zgrada, zvui logino s obzirom da nije potrebno posebno postavljati visoki stub kao nosa turbine.U nekim sluajevima oblik i anvelopa objekta mogu uticati na performanse integrisanih vetrenjaa. Nekoliko proizvoaa vetrogeneratora za integraciju u objekte koristi prednosti pojaanih strujanja u zoni atike (niskog obodnog zida, uglavnom kod ravnih krovova) gde se vetar penje uz fasadu veih zgrada i zatim oko zida atike na vrhu pravi jai kovitlac. Neki arhitekti svoje objekte dizajniraju tako da usmeravaju i pojaavaju strujanje vetra ka mestima gde e biti instalirane turbine.Najveipojedinani potroaukupneproizvedene elektrine energijeu najveem broju zemalja suupravo zgrade, pa proizvodnja na licu mesta (tj. na samoj parceli) smanjuje potrebu za skupim sistemima prenosa - infrastrukturom. Ovo takoe umanjuje gubitke kod prenosa, kao i koliine potrebnog materijala (kablova, stubova i sl). Kao jo jednu prednost ovakvog pristupa u kreiranju koncepta arhitekture nekog objekta bitno je pomenuti i jasno vizuelno izraavanje stava da je vlasnik objekta posveen ouvanju resursa i planete.4.1 Problemi integracije vetrogeneratora sa arhitekturom

Turbulencija vazdunih strujaNajbolji efekat turbine postiu pred postojanim linearnim vetrom, u kom sva strujanja idu u jednom smeru. Meutim, na vrhu svake visoke zgrade strujanja vazduha daleko su od ovakve eme. Kad se strujanja vetra prelamaju preko krova ili na uglu objekata, dele se u nekoliko razliitih pravaca. Ovo odvajanja tokova stvara mnogo turbulencije. Ova turbulencija zbunjuje turbinu i znatno utie na njenu efikasnost. ak i ako se ini da je zaista vetrovito (na vrhu objekta), turbulencija je daleko vea nego kod postojanog vetra. Zato je osnovna polaznica za postavljanje turbine odvojiti je bar devet metara u visinu u odnosu na bilo kakvu prepreku u krugu od oko 150m, ukljuujui i sam krov objekta.Buka i vibracija koje izazivaju turbine na vetar Buka i vibracije turbina spadaju meu najvee prepreke za njihovu integraciju u objekte. Na osnovu sve eih projektnih reenja koja podrazumevaju i vetrenjae moe se rei da su ovi problemi uspeno prevazieni. Istina je zapravo da su neke turbine daleko tie u radu od drugih, kao npr. one kod kojih je osa u vertikalnom poloaju, ali reavanje problema buke i vibracija ostaje ogroman izazov. Reenje problema lei u postavljanju turbina sa vertikalnom osovinom, i to u nezauzetim tehnikim etaama kako bi bile izolovane od stanara zgrade.

Slika 12: buka koju stvara vetrogeneratorProjekat sistema grejanja, ventilacije i klimatizacije oslanja se na poznate i konstantne vibracije, pa treba strogo kontrolisati frekvenciju turbina. Zato je potrebno predvideti paljivo kompletnu noseu konstrukciju i primenu izolacija, ali i kad se sve to uini to i dalje ostaje ogroman problem.U jedinom istraivanju stvarne efikasnosti integrisanih vetrogeneratora na objektima Warwick Wind Trials Project, jedine turbine koje su uspele da proizvedu priblinu koliinu elektrine energije onoj koja je navedena u specifikaciji bile su one postavljene na najviim spratovima objekta. Ali i one su tokom veeg dela eksperimenta bile ugaene zbog albi stanara objekta na kom je vreno ispitivanje pravile su previe buke.

Turbulencija proizvodi jake sile i u samom generatoru turbine, stvarajui tako neugodne pa i opasne vibracije. Ove vibracije mogu izazvati pojavu harmoninih rezonanci u objektu. Tanki metalni limovi kao pokrivai na krovovima, koji su esti kod poslovnih objekata, mogu se ponaati pritom kao membrana bubnja i tako uveliati ove rezonance. Vetrenjae su izloene veoma jakim silama, i kada se instaliraju na objekat ove sile se prenose na konstrukciju zgrade to dovodi do problema. Mnogi proizvodjai u svojim reklamnim pamfletima napominju da je instalacija njihovih turbina bezbedna samo na objektima od betonske konstrukcije.BezbednostJedan od osnovnih strahova kod instalacije turbina na objekte jeste da elisa otpadne i ugrozi imovinu i ljudske ivote. Ovo nije ba toliko neobina situacija kod vetrogeneratora koji stoje na farmama. Tamo je malo verovatno da e proizvesti bilo kakvu ozbiljniju tetu ili povrediti nekoga, ali kada bi se to dogodilo u urbanoj sredini, to bi predstavljalo ozbiljnu situaciju. ak i da vlasnik objekta pristane na rizik, teko da e osiguravajue kompanije biti.

Slika 13Loe performanse i stvarna efikasnost turbina na vetar kod proizvodnje elektrine energije

Uprkos rastuem broju integrisanih vetrogeneratora u svetu, objavljivanje stvarnih podataka i dalje ostaje veliki problem. Najvei broj proizvoaa tvrdi: ili da ne poseduje te podatke, ili da ne ele da ih objavljuju. Rezultat ovoga moe biti taj to je stvarna efikasnost daleko ispod oekivane. Proizvoai objavljuju pogrene snage za svoje turbine kako bi pokazali dobitke elektrine energije na razliitim brzinama vetra. Postoje i razliite brojke dobijene elektrine energije za vetar konstantne brzine, ali se ta brzina razlikuje kod razliitih proizvoaa (mada se uglavnom govori o 14m/s). Kada se radi o malim turbinama na vrhu krova, veoma je teko postii na objektu, u realnim uslovima, snagu navedenu u specifikaciji.

Prethodno pomenut Warwick Wind Trials Project u Velikoj Britaniji merio je performanse 26 turbina montiranih na zgradama od oktobra 2007. do oktobra 2008. godine i izmerio prosean faktor kapaciteta od 0,85%. Sve su bile veoma male (mikrowind mikrovetar, snage manje od 2kW), ukljuujui Ampair 600 (600W), Zephyr Air Dolphin (1,000 W), Eclectic D400 StealthGen (400 W), i Windsave WS1000 (1,000 W). Za svaku instalaciju izmerena proizvodnja uporeivana je sa procenama proizvoaa, prema krivama i uzimajui u obzir brzine vetra. Studija je pokazala da su procene prevazilazile stvarni faktor kapaciteta za 15 do 17%. Najgori sistemi su ak za potrebe snabdevanja sopstvene elektronike troili vie struje nego to su uspevali da proizvedu.Isplativost ugradnje vetrogeneratora na arhitektonske objekteModa je cena integrisanih turbina najvea prepreka za njihovu isplativost. Dok velike turbine danas proizvode najjeftiniju elektrinu energiju, male turbine su daleko neekonominije, a kada se postavljaju na objekte cena im raste a efikasnost opada.4.2 Vetroturbine posebno prilagodjene arhitekturiNije veliki broj proizvoaa koji nudi turbine za instalaciju na objektima. Ovo je mali pregled onih koji su danas dostupni.

AeroVironment AVX1000 Mogue da je ova kompanija lider u tehnologiji integrisanih turbina sa svojom Architectural Wind division, u Monroviji, Kalifornija. Godine 2006, kompanija je predstavila turbinu od 400W dizajniranu da iskoriava vetar na atikama objekata. Taj model je nasledio AVX1000, elegantna i lagana turbina od 1kW. Turbine su dizajnirane da se postavljaju u nizu, kao npr. 20 komada na zgradi administracije Massachusetts Port Authority (MassPort) na aerodromu Logan u Bostonu.

Slika 14: Adventure Aquarium u Kamdenu, Nju Derzi

, ima osam AeroVironment turbina od po 400W

i etiri od po 1000W.Aerotecture International - turbine na vetar sa spiralnim rotoromOsniva Aerotecture Bill Becker, profesor na Univerzitetu Ilinois, izumeo je ovu jedinstvenu turbinu. Lagana, tri metra visoka i 1,5m u preniku, 510V je dizajnirana za vertikalno instaliranje, sa predvienim izlazom od 1kW na vetru od 14m/s. Na vetru od 9m/s kriva pokazuje manje od 200W na izlazu. Polazna brzina vetra na kojoj turbina poinje da proizvodi energiju je 2,8m/s. Modifikovan model 520H je slian prethodnom ali se instalira horizontalno. Predviena snaga je 1,8kW na 14m/s.

Osam turbina 520Hht Aerotecture instalirano je na stambenom objektu Mercy Housing Lakefront u ikagu (iznajmljivanje stambenih jedinica), u maju 2007. godine. Svaka od njih je postavljena sa navedenom snagom od 1,5kW (sada je navedeno i vie), tako da je ukupno instalirano 12kW.

Naalost, nema dostupnih podataka o stvarnoj efikasnosti ovih turbina.

Slika 15: Spiralna Aerotecture turbina na zgradi u ikaguVetrogeneratori sa vertikalnom osom - Windside i GUS (Greenpower Utility System)Proizvedene u Finskoj, u kompaniji Oy Windside Production, Windside turbine su u Savonius stilu, sa vertikalnom osom koje ine dve spiralne trake. Ovaj dizajn je 1979. godine razvio Risto Joutsiniemi, a nalaze se na tritu od 1982. godine. Koriste se za punjenje akumulatora u otrim i hladnim klimama (proizvode se na samo 400km od Arktikog prstena), neke od njih su dizajnirane da se bore i sa vetrovima od 60m/s.

Ova turbina je testirana Madison Gas & Electric u Viskonsinu, i upravo one su planirane za ugradnju u Pearl River Tower. Za njih se tvrdi da su doslovno neujne: manje od 2dB na 2m/s prema kanadskom distributeru Raigatta Energy.Quiet Revolution QR5 turbina sa vertikalnom osom Turbina Quiet Revolution QR5 trenutno jedostupna samona trituVelike Britanije. Dizajnersko reenje zasniva se na elegantnoj spiralnojjajolikojformi (Darrieus) a kao materijalza izraduturbinekoriena su vlakna odkarbona i fiberglasa. Visoka 5m (bez noseeg stuba), i sa 3,1m u preniku ova turbina je dizajnirana tako da moe stajati na nezavisnom stubu, ili na krovu zgrade. Najvia DC snaga na izlazu pri vetru od 14m/s je 6,2kW, sa potvrdom od strane Asovijacije za energiju vetra Velike Britanije (British Wind Energy Association - BWEA) od 3kW DC pri brzini vetra od 11m/s Proizvodnja poinje pri vetru od 4,5m/s , a turbina koi na 16m/s. Podaci kompanije o buci koju turbina proizvodi kau da pri brzini od 6m/s pravi 50dB, a pri brzini od 10m/s proizvodi buku od 58dB.

Na sajtu kompanije cena turbine i kontrolne elektronike je 29.600 funti (43.000 dolara),ali u tu cenu nisu uraunati noseistub i instalacija.Vetrogenerator Swift WindOvu turbinu dizajnirala je i razvila Renewable Devices, kompanija iz kotske, ali se njen rotor od karbon-fiberglasa sada proizvodi u firmi Cascade Engineering u Grand Rapids-u, Miigen, SAD.

Cascade Engineering e proizvoditi sve Swift rotore irom sveta i obezbeivati sve komponente Swift turbina za trite SAD. Prenik turbine je 2,1m, ima pet krakova i spoljni ram/distancer, i dva mogua poloaja ugla.

Dizajnirana je da stoji na krovovima kua, na aluminijumskom stubu, sa udaljenjem od krova od samo 0,6m. Proizvoa tvrdi da je skoro neujna (manje od 35dB buke pri svakom vetru).

Izlazna snaga je 1,5kW pri 14m/s, a godinja proizvodnja je procenjena do 2.000kWh. U kompaniji kau da je prosena cena od 10-12.000 dolara.5.0 PREDNOSTI I NEDOSTACI KORIENJA ENERGIJE VETRAPrednosti korienja energije vetra jako su velike. Pre svega, energija vetra je prirodan resurs, i kao takva ona, ili njeno korienje ne zagadjuje okolinu, to je velika prednost u odnosu na izvore kao to su fosilna goriva. Zatim, vetroturbine zauzimaju znatno manje prostora nego elektrine centrale. Baza vetroturbine zauzima svega par metara kvadratnih, to omoguava da okolnji prostor bude iskorien u druge svrhe, npr. Agrikulturu. Novija tehnologija omoguava dosta laki i efikasniji izvod energije vetra, koja je potpuno besplatna i dolazi u neogranienim koliinama. Moda najznaajnija prednost energija vetra je mogunost njenog korienja u kombinaciji sa drugim vidovima energije, kao npr. solarnom energijom. Ovakvom kombinacijom mogue je izraditi strategiju snabdevanja itave drave energijom.

Slika 18Glavni nedostatak ovog vida energije je to to je vetar nepouzdan. U mnogim delovima zemlje vetar nije dovoljno jak da stimulie rad vetrenjaa i farmi vetra. U ovakvim situacijama, solarni prijemnici ili geotermalna energija predstavljaju odlinu alternativu. Dalje, vetrogeneratori proizvode dosta manje energije nego fosilna goriva, to znai da bi vetrogeneratori morali da se koriste u veem kvantitetu. Takodje, izgradnja vetroturbina moe biti skupa i tetna po divljinu u toku izgradnje. Zagadjenje bukom koju proizvode vetroturbine ponekad zna da bude jednako manjim mlaznim motorima. U sluaju da su postavljene kilometrima od naseljenog mesta to nije strano, ali u naseljima predstavlja problem. Takodje, ne znaajan i est, javlja se problem protesta stanonitva. To se deava jako retko, u cilju ouvanja pejzaa i istih predela.6.0 ZAKLJUAKPostoji ogromno trite vetrogeneratora i energije koju ubiramo od vetra. Ovo je podstaklo evoluciju od turbina od samo par kilovata do savremenih od nekoliko MW. Male turbine, ak i kada stoje same na visokim stubovima nisu preterano ekonomine. Kada ih postavimo na vrh objekata cena skae a njihova efikasnost opada.

Krovne instalacije, ak i najbolje meu njima, previe su male da bi bile ekonomine, ili je turbulencija isuvie da bi struje mogle biti lepo koriene, i to bez obzira da li je osa horizontalna ili vertikalna. Zaista integrisane instalacije koje su dovoljno velike da proizvode znaajne koliine elektrine energije veoma teko e uzeti maha u arhitekturi, ak i kada bi bili otklonjeni osnovne tehniko-bezbednosne prepreke kao to su vibracije, pa i buka.

Energija vetra ima veliku ulogu u naoj energetskoj budunosti, govorei o velikim, slobodnostojeim turbinama koje stoje na vetrometinama, na obalama mora ili na puini, na obradivim poljima ili na planinama. Veliki vetrogeneratori proizvode najjeftiniju energiju dananjice, dok mali generatori instalisani kao delovi objekata obezbeuju manje energije od PV solarnih kolektora, ili su skuplji od njih, a u svakom sluaju tee ih je odravati, i zahtevaju vie energije u svom radu.

7.0 LITERATURAhttp://www.amfiteatar.org/content/view/209/78/lang,en/http://www.solarnipaneli.org/energija-vetra/http://ecoist.rs/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=4&Itemid=107http://sr.wikipedia.org/energija_vetrahttp://en.wikipedia.org/wiki/Wind_turbinehttp://www.planeta.org.rs/22/3energija.htmhttp://www.altenergija.com/kategorije/energija-vetrahttp://www.vetrogeneratori.co.rs/http://windeis.anl.gov/guide/basics/index.cfmhttp://www.clean-energy-ideas.com/articles/advantages_and_disadvantages_of_wind_energy.htmlhttp://www.technologystudent.com/energy1/wind8.htmhttp://www.darvill.clara.net/altenerg/wind.htmhttp://www.izvorienergije.com/energija_vjetra.htmlMagazin Eco Life

Magazin Eko Kua

Slika SEQ Figure \* ARABIC 1

Slika SEQ Figure \* ARABIC 11

Slika SEQ Figure \* ARABIC 16: QR5 turbina

Slika SEQ Figure \* ARABIC 17: vetrogenerator Swift Wind

PAGE 3