Tuuleveski: ajalugu, tööpõhimõte ja tänapäeva tuuleturbiinid

Tuuleveski on seade, mis muundab tuule energia pöörleva liikumise ehk mehaanilise energiaga. Selleks kasutatakse ühte või mitut labadest moodustuvat rooti — labasid, mida rahvasuus kutsutakse ka purjedeks või labadeks. Tuule mõju paneb labad pöörlema; pöörlev liikumine kantakse võlli kaudu tööriistale või elektrigeneraatorile.

Tuuleveskite toodetud energiat saab kasutada mitmel viisil. Traditsiooniliselt kasutati neid vilja või vürtside jahvatamiseks, vee pumpamiseks ja puidu saagimiseks. Kaasaegseid tuulikuid kasutatakse peamiselt elektrienergia tootmiseks; insenerid nimetavad neid tuuleturbiinideks, samas kui tavakõnes räägitakse sageli tuuleveskitest. Enne tööstusajastut oli tuuleveski lahutamatu osa paljude külade igapäevaelust: ta jahvatas jahu, millest valmistati leiba, pumpas vett paikadesse ja abistas mitmesugustes tööstuslikes protsessides.

Ajalooline areng

Tuuleveskid on tuntud juba mitmesaja aasta tagusest ajast. Varased variandid tekkisid Pärsia ja Hiina piirkondades ning keskajal arendusid Euroopa rannikualadel erilise tähtsusega tuuleveskid, näiteks post- ja tornveskid. Hollandis saavutati suuri edusamme, mis võimaldasid pumpamist ja maade kuivendamist laialdaselt. Ajaloolised veski- ja pumpimismehhanismid olid mehaaniliselt lihtsad, ent olulise sotsiaalse ja majandusliku tähendusega.

Tööpõhimõte

Tuuleveski töötab aerodünaamilise ja mehaanilise põhimõtte alusel. Laba kuju sarnaneb lennuki tiiva profiilile — see tekitab tuule mõjul tõstejõu (lift) ning osaliselt ka hõõrdejõu (drag). Nende jõudude tulemusena pöörleb root. Pööre liigutatakse kas otse tööriistale (näiteks veski kivile või pumpa) või läbi käigukasti generaatorile, kus mehaaniline energia muudetakse elektriks. Tänapäevased tuuleturbiinid kasutavad lisaks automaatset orientatsiooni (yaw) ja labade nurga (pitch) juhtimist, et optimeerida tootmist ja kaitsta seadet tugeva tuule korral.

Tüübid ja põhiosad

• Telje suund: kõige levinumad on horisontaal-telje tuuleveskid (root pöörleb paralleelselt maapinnaga) ja vertikaal-telje seadmed.
• Peamised osad: mast või torn, root (labad ja rumm), generaator, käigukast (mõnel mudelil), võll, roolimise ja juhtsüsteemid (yaw ja pitch) ning alus/fondatsioon.
• Suurus: väiksemad kodumajapidamise tuulikud võivad olla mõni meetri läbimõõduga; suured maapealsed ja meretuulikud ulatuvad kümnete või isegi üle sadade meetrite läbimõõduni.

Kasutusvaldkonnad

• Tootlik mehaaniline töö (histooriliselt jahvatus, vilja töötlemine, vee pumpamine).
• Industriaalne kasutus — saagimine ja muud mehaanilised protsessid (puidu saagimine jms).
• Elektritootmine — tänapäeval kõige levinum rakendus; tuulikud (tuuleturbiinid) toodavad võrku sisestatavat elektrit (tuulikuid, elektrienergia).
• Väikesed iseseisvad süsteemid — talu- ja paadisüsteemid, kus vajadus elektri järele on piiratud.

Eelised ja piirangud

Tuuleenergia on taastuv ja tekitab töörežiimis vähe otseseid kasvuhoonegaaside heitmeid, mistõttu on see kliimaneutraalsete energiavarustussüsteemide oluline osa. Lisaks on tuuleenergia suhteliselt odav pikaajaliste kasutuskulude arvestuses.

Samas on tuuleenergia tootmine kõikumistundlik (tuul ei puhu alati), sellel on maastiku- ja visuaalne mõju ning mõnel juhul häire lindudele ja nahkhiirtele. Samuti võib esineda müra ja lokaalset häirivat varjutust (tuuleturbiini labade liikumisest tekkivaks).

Piiranguid leevendatakse parema planeerimise, sobivate paikade valiku, tehniliste lahenduste (müra vähendamine, labade kujundus) ja varude/energiat salvestavate süsteemide abil.

Tänapäev ja tulevik

Viimastel aastakümnetel on tuuleturbiinide tehnoloogia kiiresti arenenud: labade materjalid, aerodünaamiline disain, juhtsüsteemid ja suuruse suurenemine on viinud suurema efektiivsuse ja madalama kilovatt-tunnihinnani. Ka suured meretuulepargid (offshore) on muutumas üha tähtsamaks, kuna merel on tugevam ja ühtlasem tuul ning ruumi suurte tornide ja rootide paigaldamiseks.

Eestis on mitmeid maatuuleparke ning arendamisel ja planeerimisel ka suuremahulisi projekte. Tuuleenergia osakaal elektritootmises on kasvanud ning see jääb tähtsaks komponendiks riigi energiasüsteemi süsinikdioksiidiheite vähendamisel.

Hooldus ja ohutus

Tuuleveskid vajavad regulaarset hooldust: rooti ja labade ülevaatusi, määrimist, elektroonikasüsteemide kontrolli ning aluspinna jäikus- ja korrosioonikontrolle. Ohutusnõuded hõlmavad tuuleturbiini sulgemist väga tugevate tuulte korral, maandussüsteeme välklambi eest ja töökaitset hooldustöödel.

Kokkuvõttes on tuuleveski lihtsast ajaloolisest mehhanismist arenenud tänapäevane kõrgtehnoloogiline energiaallikas, millel on suur roll taastuvenergia üleminekul. Selle ajalooline tähtsus ja tänane keskkonnasõbralikkus teevad tuuleenergiast püsiva osa meie energiatarbimisest.

Ajalugu

Kreeka insener Hero kirjutas 2. sajandil m.a.j. tuuleratta abil käitatava oreli kohta. See võis olla esimene tuulejõudu kasutav masin ajaloos. Vertikaalse teljega tuuleveskid olid kasutusel Ida-Pärsias (Sistar) 60. aastaks pKr. Horisontaalteljelised tuuleveskid leiutati Loode-Euroopas 1180. aastatel. Seda tüüpi kasutatakse sageli tänapäeval.

Varajane ajalugu

Esimestel tuuleveskitel olid pikad vertikaalsed võllid ja ristkülikukujulised labad. Need olid olemas Pärsias 9. sajandil. On olemas lugu tuuleveskist ja teisest kaliifist Umarist (634 \644 pKr). Ei ole teada, kas see on tõene lugu. Need tuuleveskid koosnesid kuuest kuni kaheteistkümnest purjest. Purjed olid kaetud pillide või riidega. Need erinesid oluliselt Euroopa versioonidest. Sarnast tüüpi vertikaalse võlliga tuuleveski, millel on ristkülikukujulised labad, võib leida ka 13. sajandi Hiinast. Neid kasutati niisutamiseks.

Hero's wind-powered orel (rekonstrueerimine)

Kuidas nad töötavad

Tuuleveski labasid või purjeid keerab tuul. Hammasrataste ja hammasrataste abil pöörleb tuuleveski sees olev veovõll. Jahu valmistamiseks kasutatavas tuuleveskis pöörleb see jahvatuskive. Kui jahvatuskivid pöörlevad, purustavad nad nisu (või muu tera) nende vahel. Vee pumpamiseks kasutatavas tuuleveskis liigutab veovõlli pöörates kolb. Kolb võib üles- ja allapoole liikudes vett üles imeda ja välja suruda. Elektrienergia tootmiseks kasutatavas tuuleveskis on veovõll ühendatud paljude hammasratastega. See suurendab kiirust ja seda kasutatakse generaatori pööramiseks, et toota elektrit.

Hammasrattad ja hammasrattad vana tuuleveski sees

Tuuleveskid kultuuris ja kirjanduses

Miguel de Cervantese raamatus "Don Quijote de La Mancha" on oluline stseen, kus Don Quijote ründab tuuleveskeid. Ta arvab, et need on vägivaldsed hiiglased. Selle tõttu on La Mancha ja selle tuuleveskid kuulsad. Siit pärineb ka väljend "tuuleveskite vastu kallutamine". See tähendab mõttetut tegu. "Moulin Rouge" on tõlgitud otse prantsuse keelest ja tähendab punast tuuleveskit.

Hispaania tuuleveskid La Manchas.

Küsimused ja vastused

K: Mis on tuuleveski?

K: Kuidas saab tuuleveskite toodetud energiat kasutada?

K: Kuidas nimetavad insenerid moodsaid tuulejõumasinaid?

K: Kuidas kasutati tuulikuid kõige sagedamini enne moodsaid aegu?

K: Kui kaua on tuuleveskit ajaloos kasutatud?

K: Kuidas nimetatakse traditsioonilise veski labasid?

Otsing