Energie z větru
14. 10. 2009
Doba spalování fosilních paliv se blíží svému konci. Technici na celém světě zkoumají nejrůznější energetické zdroje, které by byly obnovitelné a přátelské k životnímu prostředí. K takovým zdrojům patří i vítr. S Michaelem si doma postavíme vlastní větrník a spočítáme si, kolik energie vyrobí. Staňte se chytrými ekology díky další epizodě fascinující vědy aplikovatelné v domácnosti.
Tereza: Kryštofovy Hamry v Krušných horách – to je místo, kde vyrostla naše největší větrná farma, jak se říká seskupení několika větrných elektráren.
Filip: Je to dobrá lokalita. Vanou tu totiž stálé větry ze západu.
Michael: Tyhle větry poskytují obrovské množství čisté a obnovitelné energie.
Filip: Větrné turbíny se montují na stožárech, aby zachytily co nejvíc energie. Ve výšce téměř – děkuji Michaele – 80 metrů i více nad povrchem tak mohou využít jejich plynulejšího a rychlejšího proudění.
Michael: Energie větru roztáčí třílistou vrtuli, která je přímo spojena s prstencovým generátorem.
Filip: Nahradily se tím převodovky, které obzvláště u starších typů byly zdrojem nežádoucího hluk.
Tereza:Generátor pomocí magnetického pole mění energii větru na energii elektrickou.
Filip:Vyrábí střídavý proud, který se v rozvodně transformuje na napětí 110 000 Voltů.
Michael: Celostátní rozvodná síť pak tuto energii rozvádí na celé území
Michael: Energie z větru.
Filip: To je ono!
Michael: If you are interested about learning some more about how to capture energy from the wind, I’ll show you how to build your very own windmill and how to use it to calculate its own power output.
Pokud se chcete dozvědět trochu víc o tom, jak se dá energie větru zachytit, předvedu vám, jak si sestavit vlastní větrník a jak jej využít k výpočtu jeho výkonu.
Tereza:Na tvrdý čtvercový papír o délce strany 30 centimetrů načrtneme úhlopříčky a uprostřed kruh o poloměru 3,5 centimetru.Ve středu dvoucentimetrových oblouků v každém z rohů vždy nalevo od úhlopříčky uděláme otvor.
Filip: Pokud si nestihnete poznamenat postup našeho pokusu, můžeme si náš dnešní experiment přehrát na našich webových stránkách.
Tereza:Otvor uděláme i do středu papíru a podél úhlopříček jej až ke kruhu nastřihneme.
Filip:Jemně ohneme rohy s otvory a zajistíme je pomocí osmicentimetrového šroubku.
Tereza: Celou sestavu zajistíme podložkou a matkou.
Filip:Teď budete potřebovat dva kousky plastové hadice, 1,5 a 2 cm dlouhé.
Tereza:Přes ně šroubek prostrčíme.
Filip:Do okraje delší dřevěné lišty vyvrtáme otvor o průměru jen o trošku větším, než je průměr šroubku.
Tereza:Papírovou vrtuli upevníme matkami a podložkami do otvoru tak, aby se mohla volně otáčet.
Filip:Na volný konec šroubku pevně přivážeme dvoumetrový provázek s háčkem na konci. Vznikne malý naviják. A pokusný větrník je hotov.
Filip: Tak. Větrník už máme a teď se ukáže, co dokáže. (No to se rýmuje…) Zkusíme, jestli náš větrník dokáže zvednout tento sáček s mincemi, který váží přesně 100 gramů.
Michael: The mechanical work needed to be done by our windmill to lift this bag of coins is equal to the upward force acting over distance of …
Mechanická práce, kterou náš větrník má vykonat, aby vytáhl tento sáček, je energie, předávaná sílou, směřující vzhůru na dráze…
Filip: Přesně dva metry.
Michael: This mechanical work we measure in joules and we calculate it by simply multiplying the force acting on the bag times the distance it travels.
Tuto práci měříme v Joulech a vypočteme tak, že prostě vynásobíme sílu, potřebnou k vytažení sáčku krát jeho dráhou.
W (práce) = F (síla) . s (dráha)
Tereza:Sáček obsahuje 100 gramů minci. Gravitační síla, která na něj působí, odpovídá hmotnosti sáčku násobené zrychlením, daným přitažlivostí, což je 9,8 m/s2. Je to tedy necelý jeden Newton.
Fg = m . g
Fg = 0,1 (kg) . 9,8 (m/s2) = 0,98 (N)
Tereza: Michael s Filipem však záhy zjistili, že hladkému navinutí provázku na šroubkový naviják brání občas samotný vítr. Nebylo to jednoduché.
Michael: So, to lift this mass, our windmill has to exert a force of 0.98 N over distance of two meters.
Tedy k vytažení sáčku musí náš větrník vyvinout sílu 0,98 Newtonu na dráze dva metry.
Filip: Už – už to začíná.
Michael: Hele, fouká a maká.
Tereza:Jenže odpolední přízemní vítr měl své vrtochy a na fyzikálním pokusu příliš spolupracovat nechtěl.
Michael: That´s 1,96 Joules of energy. …
To je 1,96 Joulu energie.
0,98 (N) . 2 (m) = 1,96 (J)
Michael: Do you think our windmill has that capacity? Let’s have a look.
Myslíte si, že náš větrník takovou sílu má? Pojďme se podívat.
Filip: Tři, dva, jedna, start. …
Tereza:Tohle měření času má zjistit, jaký výkon má náš větrník. Abychom jej vypočítali, potřebujeme zjistit čas, za jaký větrník vytáhne balíček až do dvoumetrové výšky. Jenže i tentokrát byl vítr příliš slabý nebo silný. A další zjištění: vrtuli jsme měli vyrobit z plastové fólie. Do silnějšího větru byl papír příliš měkký.
Filip: Přesně 10,7 vteřiny. To znamená, Michaele, kolik je to Wattů?
Michael: That means it’s the work done divided by time taken to do that work – about 0.2 Watts of power. Not much power, I’m afraid, but a little.
To znamená vykonaná práce děleno časem, po který probíhala – to jsou asi 0,2 Wattu výkonu. Není to bohužel moc, ale aspoň trošku.
W : t = P
1,96 (J ) : 10,7 (s) = 0,2 (W)
Filip: To znamená, že třeba pro tuto šedesátiwattovou žárovku bychom potřebovali tři sta takových větrníků.
Michael:
And for this 700 Watts microwave oven we would need 3500 of our windmills to power it.
A pro napájení této 700 wattové mikrovlnné trouby bychom potřebovali 3500 našich větrníků.
Tereza:Naštěstí obří vrtule nad námi se otáčely bezustání. Ve výšce 80 metrů fouká přece jen stabilnější vítr.
Filip: Jedna takováto větrná elektrárna na Kryštofových Hamrech má výkon 2 MW.
Michael: And there are 21 windmills here. That´s enough to generate 42 MW of power.
A tady je 21 větrných elektráren. To stačí na výrobu 42 MW energie.
Filip: To znamená, že všechny tyto větrné elektrárny dokážou zásobit 30 000 domácností, a to už je dost.
Michael:
And that saves us an amazing 70 000 tons of carbon dioxide every year.
A to nám uspoří úžasných 70 000 tun CO2 ročně.
Tereza:Vítr má ohromnou sílu. Ale jak dokázal i nám, zkrotit jeho energii není zdaleka jednoduché. Stálé větry nevanou všude, a tak ani na dodávku proudu z větrných elektráren se nedá spolehnout. Přesto konstruktéři hledají další cesty k větrníkům zítřka. Vítr je totiž zdarma a čistý.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough