Wiatr pełni niezbędną rolę w wymianie energii na Ziemi. Wyrównuje deficyty ciepła w wyższych szerokościach geograficznych i redukuje upały w okolicach zwrotników i równika. Dzięki niemu na naszej planecie zachodzi nieustanny transport wilgoci i kształtuje się pogoda. Według szacunków naukowców całkowity potencjał energetyczny wiatru przekracza niemal stukrotnie nasze potrzeby. Czy da się jednak ten żywioł ujarzmić?
AUTOR: Mateusz Barczyk, IMGW-PIB/Centrum Meteorologicznej Osłony Kraju
Źródłem wiatru na Ziemi jest… Słońce, a właściwe energia docierająca do nas w postaci fal elektromagnetycznych. Ponieważ Ziemia jest kulista, promieniowanie słoneczne ogrzewa ją nierównomiernie – najmocniej na równiku i najsłabiej na biegunach. Dodatkowymi czynnikami wpływającymi na ilość ciepła pochłanianego przez Ziemię jest ruch obrotowy planety wokół własnej osi, wirowanie samej osi (zwane precesją) oraz ruch obrotowy względem Słońca. W związku z tym na powierzchni naszego globu tworzy się w skali roku nieregularny rozkład temperatur, który powoduje powstanie nieregularnego pola ciśnienia. I to właśnie różnica ciśnienia w płaszczyźnie poziomej jest źródłem ruchu powietrza zwanego wiatrem. A skoro wiatr powstaje w wyniku nierównomiernego rozkładu temperatury, oznacza to, że jego działanie przyczynia się do poziomego transportu ciepła, tj. wymiany nad danym obszarem chłodnych i ciepłych mas powietrza.
Ruch powietrza wymuszony różnicą ciśnień będzie dążył do wyrównania tych wartości, podobnie jak dzieje się to w przypadku płynów. Na przeszkodzie stoi jednak wiele parametrów, które wpływają na ostateczny kierunek i prędkość wiatru – lokalne anomalie ciśnienia w układach barycznych, pseudo-siła Coriolisa, tarcie, lepkość powietrza, turbulencje, interakcje z przeszkodami terenowymi itd. Dlatego w różnych częściach świata siła i energia wiatru jest inna, co przekłada się na poziom zachmurzenia czy rozkład opadów.
Wiatrowe rekordy
112,3 m/s, czyli ponad 400 km/h – tyle wynosi najsilniejszy na świecie poryw wiatru. Zarejestrowano go 10 kwietnia 1996 roku na Wyspie Barrow w Australii. Na półkuli północnej najmocniej powiało na szczycie Góry Waszyngtona (USA) – 12 kwietnia 1934 roku zanotowano tam 103,3 m/s (372 km/h).
Najsilniejszy, oszacowany z pomiaru radarowego, poryw w trąbie powietrznej wynosi 135 m/s (486 km/h). Miał miejsce podczas przejścia tornada w Bridge Creek, USA, 3 maja 1999 roku.
W Polsce najsilniejszy poryw wiatru to 65 m/s (234 km/h), zanotowany 21 lutego 2004 roku na Śnieżce. Wiać mogło jeszcze mocniej, ponieważ przekroczona została skała wiatromierza. Poza górami najsilniejszy zanotowany przez IMGW poryw wiatru wystąpił w czasie burzy w nocy 6-7 sierpnia 2012 roku na stacji Jędrzejów–Sudół. Wyniósł 44 m/s (160 km/h).
Ale jaki jest właściwie potencjał energetyczny wiatru? Skoro energia słoneczna jest z perspektywy życia człowieka praktycznie nieskończona (nasza gwiazda zgaśnie dopiero za mniej więcej 10 miliardów lat), to czy podobnie jest z energią wiatrową? W artykule opublikowanym w 2012 roku w czasopiśmie Nature[i] przedstawiono wyliczenia, według których, teoretycznie dostępna do pozyskania, moc energii wiatru przy powierzchni ziemi wynosi średnio 400 PW (petawatów). Jeśli spojrzeć też na wiatr w wyższych warstwach atmosfery, to jest tam około 1800 PW . Gdybyśmy mogli „wycisnąć” cały ten potencjał, wypełnilibyśmy całkowite zapotrzebowanie na energię niemal stukrotnie (w 2012 roku średnie zapotrzebowanie na moc na świecie wynosiło 18 TW, dziś jest to nieco ponad 20 TW (terawatów)). Niestety to tylko teoria. Nie możemy pozbawić wiatru jego energii w zupełności – po pierwsze to niemożliwe, po drugie miałoby poważne konsekwencje dla klimatu i warunków pogodowych na Ziemi. Jednak wyprodukowanie energii z wiatru na poziomie obecnych potrzeb nie jest już tak bardzo nierealne. Obecnie całkowita zainstalowana moc na turbinach wiatrowych to około 750 GW, co stanowi tylko nieco ponad 4 proc. zapotrzebowania.
Wiatr napędza funkcjonowanie całego globu. Zapewnia transport energii, obieg wody oraz kształtuje pogodę i usuwa zanieczyszczenia z terenów zamieszkałych przez ludzi. Jest też ważnych źródłem elektryczności. Potencjał do wykorzystania jego mocy na pewno nie został wyczerpany, ale wiatru, tak jak i innych zasobów przyrody, nie jesteśmy w stanie eksploatować bez końca.
[i] https://doi.org/10.1038/nclimate1683
Zdjęcie główne: Saad Chaudhry | Unsplash.
MATEUSZ BARCZYK. Absolwent kierunku fizyka techniczna na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. W IMGW od 2008 roku, obecnie jako starszy synoptyk meteorolog. Szczególnie zainteresowania to meteorologia radarowa oraz prognozowanie zjawisk konwekcyjnych. Uczestnik oraz organizator licznych szkoleń i warsztatów meteorologicznych. Od 2019 roku pełni funkcję zastępcy Dyrektora Centrum Meteorologicznej Osłony Kraju.
