1. Pojęcie wiatru.

Wiatr jest jednym z czynników meteorologicznych jak również jednym ze składników pogody. Mianem wiatru określamy przemieszczanie się mas powietrza nad lądem lub morzem, o składowej poziomej, wymuszonej różnicą ciśnień lub ukształtowaniem terenu. Na kierunek wiatru wpływają: siła Coriolisa, siła odśrodkowa i siła tarcia o powierzchnię terenu. Wiatr można mierzyć przy wykorzystaniu technik satelitarnych (teledetekcji), skaterometrów, które wykorzystują zjawisko fal kapilarnych na wodzie, przy pomocy teledetekcyjnych metod akustycznych - system SODAR oraz poprzez obserwacje poruszających się chmur, przy użyciu radarów oraz sond meteorologicznych. W zależności od temperatury wiatru wyróżnia się wiatry ciepłe i zimne. Regionalne warunki środowiska generują występowanie lokalnych wiatrów, należą do nich miedzy innymi:

Prędkość wiatru określa się w m/s. Do określenia prędkości wiatru na podstawie stanu morza i rodzaju fal służy również skala Beauforta.

2. Wiatromierz.

Wiatromierz inaczej zwany anemometrem jest przyrządem służącym do pomiaru prędkości i kierunku wiatru. Najprostszym wiatromierzem był ten, zbudowany przez Wilde`a, w którym prędkość wiatru wskazywana jest przez odchylenie płytki od kierunku głównego na tle podziałki.

Współczesne wiatromierze jachtowe są to urządzenia elektroniczne, wyposażone we wskaźniki: prędkości, kierunku wiatru w odniesieniu do osi jachtu, a czasami również we wskaźniki zmiany kierunku wiatru. Są one jednak obarczone wadą - ceną, cena takiego wiatromierza dochodzi czasami nawet do 1280 zł.

3. Wiatrak

Wiatrak jest to budowla z drewna, (rzadziej murowana) ze skrzydłami ( najpopularniejszym jest wiatrak o czterech skrzydłach) napędzanymi siłą wiatru. Skrzydła poruszają prymitywnym urządzeniem do przemiału ziarna głównie na mąkę - tzw. wiatrak młyński. Wiatraki wymyślono i zaczęto ich masowa budowę na przełomie XIII i XIV wieku. W Polsce ten system przemiału maki został trochę później wprowadzony i dość licznie rozpowszechniony w XIX wieku. Główny typ budowlany to tzw. Wiatrak "na koźle" - był on wprawiany w ruch w całości swej konstrukcji przy ustawieniu na określony w danym momencie kierunek wiatru. W wiatraku typu holenderskiego, przeważnie mającym korpus z kamieni utwardzanych zaprawa murarską (tzw. holendry) wprawiana w ruch obrotowy była jedynie głowica ze skrzydłami i wałem napędowym. W Holandii stosowano wiatraki również do przepompowywania wody.

W Polsce nieliczne okazy zachowanych wiatraków objęte zostały ochroną konserwatorską jako typ budowli zabytkowych. Cenniejsze egzemplarze zostały w całości przeniesione do parków etnograficznych i skansenów a także ośrodków twórczości ludowej. W Polsce zabytkowymi wiatrakami mogą poszczycić się na przykład park etnograficzny w Olsztynku i Dobrocinie.

4. Silnik wietrzny.

Silnikiem wietrznym nazywamy rodzaj silnika, przetwarzającego energię wiatrową na pracę mechaniczną. W zależności od konstrukcji głównej części silnika - wirnika - rozróżniamy silniki wietrzne:

  • śmigłowe (najczęściej stosowane),
  • karuzelowe,
  • bębnowe.

W silniku wietrznym śmigłowym łopatki śmigła ułożone są prostopadle do poziomego wału silnika, a płaszczyzna łopatek jest obrócona o określony kąt wzglądem płaszczyzny wirowania wirnika ułożonej prostopadle do kierunku wiatru; wał posiada łożysko w głowicy silnika; obrót wału poziomego jest przenoszony zwykle na wał pionowy poprzez przekładnię zębatą, w niektórych przypadkach wał poziomy sprzężony jest w obrębie głowicy z wałem prądnicy elektrycznej, napędzanej silnikiem wietrznym; głowica silnika wietrznego umieszczona jest w szczytowej partii konstrukcji wieżowej, której wysokość powinna gwarantować dostateczną dostępność wiatru poprzez ukierunkowanie jej zgodne z kierunkiem wiatru, prędkość obrotowa wirnika śmigłowego regulowana jest przez zmianę kąta pomiędzy osią głowicy, a kierunkiem wiatru bądź poprzez obrót śmigieł wokół ich osi.

Wirnik silnika wiatrowego, karuzelowego zbudowany jest z wału pionowego, którego oś leży w płaszczyźnie łopatek. W czasie pracy tego silnika łopatki położone z jednej strony wału zakrywane są osłoną przeciwwiatrową. Główna wadą tych silników jest ich znaczny ciężar i niewielka prędkość obrotowa. Wyżej wymienione silniki posiadają swe zastosowanie na obszarach, na których spotyka się długotrwałe, stałe wiatry o znacznej sile i prędkości.

5. Wiatrowy zakład energetyczny.

Wiatrowym zakładem energetycznym nazywamy zakład, w którym energia wiatru ulega przetworzeniu za pomocą silników wiatrowych na energię napędową maszyn roboczych np.: pompy, prądnicy elektrycznej wytwarzającej energię elektryczną. W elektrowniach wiatrowych zainstalowano baterie akumulatorów o odpowiedniej mocy, które mają za zadanie magazynować energię elektryczną na czas bezwietrzny, często elektrownie wiatrowe pracują we współpracy z innymi elektrowniami pompowymi- są to tzw. zakłady hydroenergetyczne. Mają one za zadanie pompować wodę w okresie sprzyjającego wiatru lub małego obciążenia elektrycznego, zaś ulęgają zastąpieniu przez elektrownie pompowe w okresie bezwietrznym. Najstarszy wiatrowy zakład energetyczny to pierwotny wiatrak, pierwszym w świecie wiatrowym zakładem energetycznym o dużej mocy był zakład, zbudowany w 1937r. w ZSRR na Krymie.

6. Energia wiatru.

Energię wiatru lub inaczej potencjał energetyczny wiatru jest wzbudzany przez energię kinetyczną poruszających się mas powietrza. Strumień energii poruszającego się powietrza określamy wzorem:

E = 0,5 * r * v 3 * F

w którym:

r - oznacza gęstość powietrza, w jednostce kg/m3,

v - oznacza prędkość powietrza, w jednostce m/s,

F - oznacza powierzchnia zakreślona skrzydłami wirnika, w jednostce m2.

Do zmiany (konwersji) energii kinetycznej wiatru w energię mechaniczną a następnie elektryczną służy urządzenie nazywane siłownią wiatrową. Wydajność siłowni wiatrowej (w jednostce kWh/rok) określamy wzorem:

EW = Ep * F * h

gdzie:

Ep - oznacza potencjał energetyczny wiatru w jednostce kWh/m2 powierzchni zakreślonej skrzydłami wirnika w roku,

h - oznacza sprawność całkowitą (wirnika, przekładni, generatora)

Wydajność przekształcenia energii kinetycznej i dalej potencjalnej wiatru w energię mechaniczną i następnie w elektryczną nie przewyższa 40-50% i w znacznym stopniu zależeć będzie od rozwiązań konstrukcyjnych, wartości prędkości i siły wiatru oraz samej lokalizacji siłowni wiatrowej.

Na obszarze około jednej trzeciej terytorium Polski panują dogodne warunki wietrzne. W Polsce do dzisiejszych czasów wybudowano 40 elektrowni wiatrowych, dzięki czemu z tego źródła energii uzyskujemy aż 785MWh energii elektrycznej na rok. Przewiduje się całkowitą wartość produkcji energii elektrycznej z elektrowni wiatrowych w 2010 roku na 1,2 GWh.