Vėjo jėgainių raida Lietuvoje

Lietuvoje pirmieji vėjo malūnai pradėti statyti XIV a. Baltijos pajūryje. XIX a. pradžioje vėjo malūnai plačiai paplito po visą Lietuvą. Daugiausia vėjo malūnų buvo pastatyta Vidurio Lietuvoje – Panevėžio, Šiaulių, Naumiesčio, Vilkaviškio apskrityse. XIX a. II pusėje Lietuvoje veikė apie 200 vėjo malūnų, o 1921 m. – jau apie 1000.

Labai dažnai vienoje gyvenvietėje stovėjo keli vėjo malūnai. Pvz.: Kupiškyje – 5, Panevėžyje ir Radviliškyje po 4, Žagarėje ir Šiauliuose po 3, Daukniškiuose ir Suginčiuose po 2 ir t.t.

Vėjo malūnai buvo sstatomi lygumose, kur vyrauja tolygūs nesūkuriuoti vėjai. Raižytoje vietovėje vėjo malūnų statybos aikštelės buvo parenkamos ant kylančių kalvų. Žiūrėta, kad šių statinių neužstotų pavieniai medžiai, miškas ir trobesiai. Esant prastesnėms vietovės sąlygoms, vėjo malūnas buvo iškeliamas ant aukšto pamato.

Vėjo malūnų ir jėgainių konstrukcija labai paprasta. Sparnų sukamasis judesys mechanine pavara perduodamas į girnas arba kitus mechanizmus. Dažnai šalia girnų buvo įrengiama piklius, kruopinės, valcai, grūdų lukštenimo ir valymo mašinos, maišų keltuvai. Vėjo jėgainės sukdavo obliavimo, tekinimo stakles, lentpjūvės mechanizmus. Po AAntrojo pasaulinio karo dauguma vėjo malūnų ir jėgainių nustojo veikti, o likusiose vietoj vėjo energijos pradėta naudoti pigi elektros energija.

Pabrangus pirminiams energijos šaltiniams, visame pasaulyje, taip pat ir Lietuvoje vis labiau stengiamasi naudoti vėjo energiją.

1991 m. UAB “Vėjas” suprojektavo ir ppastatė 60 kW galios vėjo jėgainę Prienų rajone, Vyšniūnų kolūkyje. Tačiau dėl techninių trūkumų ir lėšų stokos ši vėjo jėgainė nebuvo užbaigta.

Vėliau Kaune susikūrusi UAB “Jėgainė” sukonstravo ir pagamino 60 kW nominalios galios vėjo jėgainę. 1993 m. ji buvo pastatyta Kauno mieste ir išbandyta. Klaipėdos technikos universitete pagaminta 10 kW galios vėjo jėgainė tiekė šilumą šiltnamiui, tačiau per audrą buvo sugadinta ir iki šiolei neatstatyta. Keletą nedidelės galios vėjo jėgainių yra pasistatę pavieniai asmenys – vėjo energijos naudojimo entuziastai.

Daugumos Lietuvoje gaminamų vėjo jėgainių pagrindiniai elementai – generatorius ir reduktorius – dažniausiai yra Rusijos gamybos. Jų techniniai duomenys ne visiškai atitinka vėjo jėgainių gamybos reikalavimus, nes yra skirti kitiems tikslams.

Pastaraisiais metais vėjo energija pradėjo domėtis ir Lietuvos mokslo įstaigos. LLietuvos žemės ūkio inžinerijos institute tiriamos vėjo jėgainių konstrukcijos, jų naudojimo galimybės žemės ūkyje. Jau keletą metų Lietuvos energetikos instituto mokslininkų grupė tyrinėja vėjo energijos panaudojimo Lietuvoje technines-ekonomines sąlygas. Ji išnagrinėjo įvairių užsienio šalių patirtį, surinko Lietuvos meteorologijos stočių vėjo matavimų duomenis per visą pokario laikotarpį, apskaičiavo skirtinguose aukščiuose nuo žemės paviršiaus vėjo energijos išteklius įvairiuose šalies regionuose. Remiantis šiais skaičiavimais, nustatytos geriausios vietos vėjo jėgainių statybai, sudarytos metodikos vėjo jėgainėms parinkti pagal vietovės gamtines sąlygas.

Šiuolaikinės vėjo jėgainės labai skiriasi nnuo ankstesniųjų vėjo malūnų. Jų mechaninis sparnų sukamasis judesys per greičių dėžę perduodamas generatoriui, kuris gamina elektros energiją. Ši energija naudojama elektros varikliams sukti, šildymui, apšvietimui arba atiduodama į bendrą elektros energetinę sistemą. Šiuolaikinių vėjo jėgainių, kurių sparnų mechaninis sukamasis judesys būtų tiesiogiai taikomas darbinėms mašinoms (vandens siurbliams, šilumos keitikliams ir kitiems buities įrengimams) sukti, Europoje statoma labai mažai.

Vėjo jėgainės pagal vėjaračio ašies orientaciją erdvėje skirstomos į du tipus: horizontalios ir vertikalios ašies. Manoma, kad pirmosios vėjo jėgainės pasirodė XVIII a. pr.m.e. Persijoje ir Kinijoje. Jos buvo vertikalios ašies, labai paprastos konstrukcijos, dažniausiai skirtos tiekti vandenį laukams drėkinti. Absoliuti dauguma šiuolaikinių vėjo jėgainių yra horizontalios ašies. Jos pradėtos statyti IV-III a. pr.m.e. Aleksandrijoje, vėliau paplito po visą pasaulį, taip pat ir po Lietuvą.

Horizontalios ašies vėjo jėgainės greitaeigiškesnės, mažesnio svorio, vieno instaliuoto kilovato kaina paprastai yra mažesnė negu vertikalios ašies jėgainių.

Pagrindinės horizontalios ašies vėjo jėgainių dalys yra vėjaratis, greičių dėžė, generatorius, gaubtas, bokštas. Vėjaratis gali turėti įvairų skaičių sparnų ir suktis kintamu arba pastoviu greičiu. Plačiausiai paplitusios dviejų trijų sparnų horizontalios ašies vėjo jėgainės.

Vertikalios ašies nedidelės vėjo jėgainės, nors ir paprastos konstrukcijos, turi gana daug trūkumų. Jos lėtaeigės, didelių gabaritų, vėjo energijos kiekis, pratekantis per besisukančių sparnų užimamą plotą, vėjaračio mmažas panaudojamas (neviršija 18 proc.). Pagrindinis jų privalumas, kad nereikalinga orientacijos sistema pagal vėjo kryptį, o svarbūs jėgainės elementai – greičių dėžė, generatorius gali būti sumontuoti ant jėgainės pamato. Prancūzų išradėjas D.Darrieus 1920m. užpatentavo naujos konstrukcijos vertikalios ašies vėjo jėgainę. Vėjo energijos kiekis, pratekantis per plotą, užimamą erdvėje besisukančių sparnų, tokios jėgainės vėjaračio panaudojamas daugiau kaip 30 proc. Todėl pastaraisiais metais pradėta domėtis ir šiomis jėgainėmis.

Vėjo jėgainės, kurių vėjaratis sukasi kintamu greičiu, gali geriau panaudoti vėjo energiją, tačiau jų įjungimo į elektros sistemą schema yra sudėtinga. Galima naudoti nuolatinės srovės generatorių ir invertorių, kuris pavers nuolatinę srovę pastovaus dažnio srove. Tačiau dėl didelių generatorių gabaritų ir kitų trūkumų tokia schema didelės galios vėjo jėgainėse praktiškai netaikoma. Dažniausiai naudojami sinchroniniai elektros srovės generatoriai pagal schemą: nepastovaus dažnio srovė – nuolatinė srovė – pastovaus dažnio srovė arba mechaniniai, elektroninės aparatūros valdomi įrenginiai, kuriais gaunamas pastovus generatoriaus sukimosi greitis ir pastovus kintamos srovės dažnis.

Tam tikslui keičiamas vėjaračio sparnų pasisukimo kampas – padidėjus vėjo greičiui vėjaratis stabdomas, o sumažėjus – greitinamas. Įvairūs mechaniniai ir aerodinaminiai stabdymo įrenginiai laiduoja pastovų vėjo jėgainės rotoriaus sukimąsi.

Serijiniu būdu gaminamų vėjo jėgainių galia išaugo iki 1000 kW. Šiuo metu jau išbandomos vėjo jėgainės, kurių galia siekia 3000 kW.

Iki 1999 mm. Europos Bendrijos šalyse iš viso buvo instaliuota didesnė kaip 4500 MW vėjo energijos galia, kuri naudojama elektros energijos gamybai bei buitinėms reikmėms.

Didžiausia 1997 m. vėjo energijos instaliuota galia buvo Vokietijoje – 2002 MW, po jos eina Danija – 1135 MW, Ispanija – 449 MW, Olandija – 349 MW, Anglija – 333 MW ir kitos. Numatoma, kad 2001 metais Vokietijoje instaliuota vėjo jėgainių galia pasieks 3202 MW, Danijoje – 1685 MW, Ispanijoje – 1449 MW, Anglijoje – 783 MW, Indijoje – 2670 MW, JAV – 2546 MW ir t.t.

Lietuvos energetikos instituto ir meteorologinių stočių vėjo greičio matavimo rezultatai rodo, kad tinkamiausias didelės galios (keleto šimtų kW) šiuolaikinių vėjo jėgainių statybai yra 5-10 km pločio Lietuvos pajūrio ruožas, kuriame vidutinis vėjo greitis jau dešimties metrų aukštyje nuo žemės paviršiaus yra 5-6 m/s (didėjant aukščiui vėjo greitis didėja). Deja, kitoje Lietuvos teritorijoje vidutinis vėjo greitis daug mažesnis – 3 – 4,5 m/s, todėl čia tikslinga statyti tik nedidelės galios (keleto dešimčių kW) vėjo jėgaines, kurių indėlis į elektros energijos gamybą Lietuvoje būtų nedidelis.

Esant dabartiniam technikos lygiui, tik dalis Lietuvos teritorijos (pajūris, Kuršių marios) gali būti panaudota vėjo energijai gauti. Čia didelės galios vėjo jėgainių pagamintos energijos savikaina gali būti artima šiluminių

jėgainių energijos savikainai. Vidutiniškai vėjo jėgainės elektros gamybos kaina pajūrio regione svyruoja nuo 13 iki 20 ct/kWh. Kadangi likusioje teritorijoje dėl mažo vėjo greičio galima statyti tik nedidelės galios vėjo jėgaines, jos santykinai yra labai brangios (pvz., 10 kW galios jėgainėje 1 instaliuoto kW kaina dažnai viršija 10 000 Lt, o 600 kW galios jėgainėje – 4000-5000 Lt). Labai išauga ir mažos galios vėjo jėgainių pagamintos energijos savikaina, tad investicijos į jų statybą vargu ar atsipirktų.

Vėjo jėgainės gali dirbti autonominiu rrežimu arba įjungiamos į bendrą regiono arba valstybės elektros tiekimo sistemą. Apie 90 proc. visų pasaulyje veikiančių vėjo jėgainių yra įjungtos į šias sistemas.

Parenkant statybos aikštelę, būtina įvertinti regiono elektros tiekimo tinklų struktūrą, nes įjungti vėjo jėgaines į bendrą šalies elektros tiekimo sistemą labai brangu.

Įvairiose šalyse vis daugiau vėjo jėgainių statoma jūros pakrantėje arba jūroje. Neužimami brangūs pajūrio žemės plotai, o vėjo greitis virš vandens yra didesnis ir mažiau pulsuojantis negu sausumoje. Dėl to galima statyti žemesnes vėjo jėgaines, ppailgėja ir jų tarnavimo laikas.

Beveik visas Lietuvos pajūris yra poilsio zona, Kuršių neriją kerta paukščių migracijos keliai, tad artimiausiais dešimtmečiais didelės galios vėjų jėgainių bus įmanoma pastatyti tik kelias dešimtis, o ateityje – maždaug 150, kurios per metus galėtų pagaminti aapie 0,15 TWh elektros energijos.

Šiuo metu netoli Būtingės naftos terminalo, 1 km nuo jūros kranto ir už kelių šimtų metrų nuo galingos elektros pastotės yra parinkta aikštelė šešių 600 kW galios vėjo jėgainių statybai. Kelios užsienio firmos parengė jėgainių preliminarius projektus, derinami finansavimo klausimai. Tikėtina, kad iki 2001 m. Lietuvoje bus pastatytos pirmosios pramoninę reikšmę turinčios vėjo jėgainės, kurios per metus turėtų pagaminti daugiau kaip 6 GWh elektros energijos. Per kitus 10 metų, t.y. iki 2010 metų, gali būti pastatyta dar 30 vėjo jėgainių. Vėjo jėgainių statybą riboja ne tik palyginti maža elektros energijos kaina Lietuvoje, bet ir laisvų žemės plotų trūkumas, ir elektros tinklų galia pajūrio zonoje. Didėjant elektros energijos kainai, atsiras vis daugiau firmų, norinčių statyti vėjo jėgaines, ttodėl nuo 2010 iki 2020 m. vėjo jėgainių gali padvigubėti.

Pajūryje geriausiai tiktų šiuolaikinės 600-1000 kW galios vėjo jėgainės, pagamintos didelę patirtį turinčiose užsienio firmose: “Vestas V44”, “Markham VS45”, “Tacke TW600E”, “Micon M1800-600/150” ir kt.

Firmos parduoda visiškai sukomplektuotas jėgaines, kurios atvežamos dalimis į statybos vietą ir sumontuojamos ant tvirto pamato. Pvz., “Markham VS45” 600 kW galios jėgainė kainuoja 2,46 mln. Lt, pamatas – 224 tūkst. Lt, įjungimas į elektros tinklus, priklausomai nuo nuotolio iki pastotės, – 90-300 tūkst. Lt. Vėjo jjėgainės, kurios galia 600 kW, orientacinė kaina kartu su apsaugos ir aptarnavimo išlaidomis yra 2,797 mln. Lt. Per 20 metų tokia jėgainė, esant vidutiniam vėjo greičiui 5,5 m/s, gali pagaminti 20,3 mln. kWh elektros energijos. Taigi 1 kWh kainuos 0,138 Lt. Kadangi vėjo greitis nėra pastovus dydis, o nuo jo priklauso jėgainėje pagaminamos energijos kiekis, tai skirtingais metais energijos savikaina gali būti didesnė arba mažesnė.

Dauguma vėjo jėgainių komponentų (vėjaratis, bokštas, jėgainės gondola, pamatas, o bendradarbiaujant su užsienio partneriais ir elektroninė valdymo įranga) gali būti sėkmingai gaminami Lietuvoje. Tačiau gamybos pradžiai reikalingos didžiulės investicijos ir kelios dešimtys aukštos kvalifikacijos darbuotojų.

Būtina įvertinti ir atskirų fermerių, žemės ūkio bendrovių, daržovių augintojų ir kt. iniciatyvą.

Šiuo metu šalyje yra pastatytos kelios savos gamybos vėjo jėgainės, tačiau susiduriama su techninių žinių stoka parenkant statybos aikštelių vietą ir techninius vėjo jėgainių parametrus. Šalyje būtina įsteigti pavyzdinį vėjo jėgainių parką, kur veiktų pavyzdinės jėgainės ir būtų atliekami jų tyrimai bei įvertinimai.

Naudota literatūra: INTERNETAS