Mlin na veter (vetrnica): definicija, zgodovina in uporaba vetrne energije

Mlin na veter (vetrnica): zgodovina, delovanje in sodobna uporaba vetrne energije — od mletja žita in črpanja vode do proizvodnje elektrike. Odkrij tehnologijo in vlogo v energetiki.

Mlin na veter je vrsta delovnega motorja. Energijo vetra pretvarja v vrtilno energijo. Pri tem uporablja lopatice, imenovane jadra ali lopatice.

Energijo, ki jo pridobivajo vetrnice, je mogoče uporabiti na več načinov. Med njimi so mletje žita ali začimb, črpanje vode in žaganje lesa. Sodobni vetrni stroji se uporabljajo za proizvodnjo električne energije. Inženirji jih imenujejo vetrne turbine, povprečni ljudje pa mlini na veter. Pred modernimi časi so se mlini na veter najpogosteje uporabljali za mletje žita v moko za peko kruha. Mlin na veter je v zgodovini prisoten že vrsto let.

Definicija in osnovno delovanje

Mlin na veter je naprava, ki iz koristne hitrosti in sile vetra ustvarja vrtljivo gibanje. Veter sili na lopatice (jadra), ki povzročijo vrtenje rotorske gredi. Ta vrtilna energija se lahko neposredno prenaša na mehanske naprave (mlinarski kamni, črpalke, žage) ali pa preko menjalnika in generatorja pretvori v električno energijo.

Zgodovina

Prve znane oblike vetrnih mlinov segajo v zgodnje srednjeveške čase; zgodovinarji pogosto navajajo primere v Perziji (iranska regija Sistan) že v 9. stoletju. V Evropi so se mlini na veter razširili v 12. in 13. stoletju, zlasti v Nizozemskem, kjer so postali simbol prilagajanja kmetijstva in gospodarstva na lokalne razmere (odvodnjavanje, mletje, žaganje). S prehodom v industrijsko dobo so jih postopoma nadomeščali parni stroji in kasneje električni stroji, vendar so v 20. in 21. stoletju vetrne tehnike ponovno pridobile na pomenu kot vir obnovljive energije.

Vrste in osnovne sestavne dele

• Vrste rotorjev: horizontalnoosni (najpogostejši pri sodobnih vetrnih turbinah) in vertikalnoosni (manj pogosti, vendar uporabni v specifičnih razmerah).
• Lopatice/jadra: lahko so trde (aerodinamične lopatice) ali sestavljene iz krp oziroma rež (tradicionalne jadra). Sodobne turbine uporabljajo aerodinamično oblikovane lopatice z možnostjo nastavitve kota napada.
• Gred in menjalnik: prenašata vrtilno gibanje do uporabne naprave; pri proizvodnji elektrike menjalnik poveča hitrost vrtenja za generator.
• Generator: pri vetrnih turbinah pretvarja mehansko energijo v električno.
• Krmilni sistemi: pri sodobnih napravah nadzorujejo nagib lopatic (pitch control), obrnjanje strehe (yaw), zaviranje in zaščito pred prevelikim vetrom.

Uporaba

Uporabe vetrnih mlinov so raznolike:

• mletje žita v moko za peko kruha in druge obdelave živil;
• mletje žita ali začimb za lokalne potrebe;
• črpanje vode za namakanje ali odvodnjavanje (zlasti pomembno pri nizozemskih mlinih);
• žaganje lesa in druge industrijske obdelave;
• proizvodnja električne energije s vetrnimi turbinami — od posameznih turbin do velikih vetrnih parkov (onshore in offshore).

Prednosti in omejitve

Prednosti:

• obnovljiv vir energije brez izpustov med obratovanjem;
• nižje obratovalne stroške po namestitvi v primerjavi s fosilnimi viri;
• možnost lokalne proizvodnje energije in zmanjšanje odvisnosti od energetskih uvozov.

Omejitve:

• odvisnost od vetra — nihanja v proizvodnji (nepredvidljivost, potreba po shranjevanju ali dopolnilnih virih);
• prostorski in vizualni vpliv, hrup in v nekaterih primerih vpliv na ptice in netopirje;
• za velike turbine so potrebne velike investicije in ustrezna infrastruktura (ceste, omrežje, temelji).

Vzdrževanje in varnost

Redno vzdrževanje vključuje pregled lopatic, sklopov, menjalnika, generatorja in elektronskih sistemov. Vetrne instalacije imajo varnostne mehanizme, kot so zavore in sistemi za izklop v primeru premočnega vetra ali okvar.

Prihodnost vetrne energije

S tehnologijo, kot so večje in učinkovitejše lopatice, napredni materiali, pametni krmilni sistemi ter integracija s sistemi za shranjevanje energije, se vetrna energija hitro razvija kot ključni element prehoda na nizkoogljično energijo. Offshore (morski) vetrni parki, plavajoče turbine in kombinacije z drugimi obnovljivimi viri obetajo povečanje razpoložljive moči in stabilnosti oskrbe.

V praksi to pomeni, da klasični mlin na veter ostaja pomemben del tehnološke in kulturne dediščine, hkrati pa moderna izvedba iste ideje – vetrna turbina – postavlja temelje za trajnostno oskrbo z energijo v prihodnosti.

Zgodovina

O orglah, ki jih je poganjalo vetrno kolo, je v 2. stoletju našega štetja pisal grški inženir Hero. Morda je bil to prvi stroj v zgodovini, ki je uporabljal energijo vetra. Vetrnice z navpično osjo so uporabljali v vzhodni Perziji (Sistar) do leta 60 našega štetja. Vodoravne vetrnice so bile izumljene v severozahodni Evropi v osemdesetih letih 11. stoletja. To je vrsta, ki se pogosto uporablja danes.

Zgodnja zgodovina

Prvi mlini na veter so imeli dolge navpične gredi s pravokotnimi lopaticami. V Perziji so obstajali že v 9. stoletju. Obstaja zgodba o mlinu na veter in drugem kalifu Umarju (634\644 n. št.). Ni znano, ali je to resnična zgodba. Ti mlini na veter so bili izdelani iz šestih do dvanajstih jader. Jadra so bila prekrita s trsno krpo ali tkanino. Zelo so se razlikovali od evropskih različic. Podobno vrsto vetrnic z navpičnim gredjem in pravokotnimi lopaticami je mogoče najti tudi na Kitajskem v 13. stoletju. Uporabljali so jih za namakanje.

Herojeve orgle na veter (rekonstrukcija)

Kako delujejo

Lopatke ali jadra mlina na veter vrti veter. Zobniki in zobniki omogočajo vrtenje pogonske gredi v mlinu na veter. V mlinu na veter, ki se uporablja za proizvodnjo moke, ta vrti mlinske kamne. Kamni se obračajo in med seboj drobijo pšenico (ali drugo zrnje). V mlinu na veter, ki se uporablja za črpanje vode, vrtenje pogonske gredi premika bat. Bat lahko med premikanjem navzgor in navzdol sesa in potiska vodo. V mlinu na veter, ki se uporablja za proizvodnjo energije, je pogonska gred povezana s številnimi zobniki. S tem se poveča hitrost, ki se uporablja za vrtenje generatorja za proizvodnjo električne energije.

Zobniki in zobniki v stari mlin na veter

Vetrni mlini v kulturi in literaturi

V knjigi Miguela de Cervantesa Don Kihot iz La Manče je pomemben prizor, v katerem Don Kihot napade mline na veter. Meni, da so nasilni velikani. Zaradi tega so La Mancha in njeni mlini na veter znani. Od tod izvira tudi besedna zveza "tilting at windmills". Pomeni nekoristno dejanje. "Moulin Rouge" je preveden neposredno iz francoščine in pomeni rdeči mlin na veter.

Španski mlini na veter v La Manchi.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je mlin na veter?

V: Kako lahko uporabimo energijo, ki jo proizvedejo mlini na veter?

V: Kako inženirji imenujejo sodobne vetrne elektrarne?

V: Kako so se vetrnice najpogosteje uporabljale pred moderno dobo?

V: Kako dolgo se mlin na veter uporablja v zgodovini?

V: Kako se imenujejo lopatice na tradicionalnem mlinu?

Išči po črki