Kiedy człowiek próbując ujarzmić siły natury odkrył i wiatr.

Ludzie od dawien dawna zainteresowani byli korzystaniem z bogactw, którymi obdarzyła
ich matka natura. Początkowo starano się wykorzystać te, które znajdowały się najbliżej i
których eksploatacja była najłatwiejsza, zaczynając od upraw płodów rolnych, poprzez
wydobycie bogactw mineralnych, a skończywszy na sztucznej regulacji wód. Od początku
również wiedziano, że także wiatr niesie za sobą siłę. Niestety siła ta, choć olbrzymia, to
jednak przez wiele lat pozostawała nieujarzmiona i niszczycielska. Burzyła to co człowiek
zbudował, zatapiała statki, którymi wyruszał na połów, sprowadzała nad jego dom
wichury. Minęło wiele lat zanim człowiek ujarzmił wiatr i nauczył się wykorzystywać go
dla własnych celów.

Na najdawniejsze ślady eksploatacji wiatru natrafiono na terenach dawnej Persji.
Prawdopodobnie urządzenia napędzane energią wiatru już w 600 roku naszej ery
wykorzystywane były do transportu wody. Choć naukowcy nie są w stanie odtworzyć
technicznych rozwiązań zastosowanych do pompowania wód, to przekazy pisemne zdają
się potwierdzać istnienie wertykalnych wiatraków, w których górna część, napędzana
wiatrem, wystawała ponad lustro wody, a poruszane jej siłą łopaty wprawiały w ruch masy
wody. Podobne konstrukcje budowane były również w Chinach. Na pierwsze wzmianki o
wykorzystywanych głównie do mielenia ziarna i transportu wody urządzeniach możemy
natrafić w publikacjach z 1200 roku. Według antycznych kronikarzy urządzenia te były tak
popularne niektórych prowincjach, że nie dane było spotkać pola na którym nie byłoby
mniej niż tysiąc wiatraków. Biorąc nawet pod uwagę zamiłowanie starożytnych do dużych
liczb i umiejętność do ubarwiania rzeczywistości, to trzeba przyznać, że na pewno były
one stałym elementem krajobrazu w tych częściach kraju, gdzie wartkie i płytkie
strumienie umożliwiały ich wykorzystanie.

Inne rozwiązania, choć mające podobny cel, stosowano w tym samym czasie w Europie.
Budowane turbiny montowane były jednak w systemie horyzontalnym. Jaka była
przyczyna przyjęcia takiego akurat rozwiązania tak naprawdę nie jest wiadomo. Na pewno
Europejczycy mieli okazje obserwować prace urządzeń w Azji i na pewno z
zastosowanych tam rozwiązań korzystali. Być może jednym z powodów odmiennego
podejścia była bardziej efektywna praca urządzeń horyzontalnych. Jednym z najstarszych,
zresztą istniejących do dziś urządzeń, jest czteroramienny wiatrak datowany na 1390 rok.
Jego twórcą był najprawdopodobniej nieznany holenderski konstruktor, którego celem
było usprawnienie pracy przy mieleniu zboża. Nowością nie tylko była sama konstrukcja,
której skrzydła montowane były na szczycie murowanej wieży, ale również pomysł i
przeznaczenie urządzenia. Był to prawdopodobnie pierwszy krok w kierunku
poszukiwania lepszych warunków wietrzności. Już wtedy musiano zdawać sobie
doskonale sprawę, że im wyżej nad poziomem terenu, tym mocniej wieje wiatr. W wieży
mieściły się ponadto magazyny na ziarno, jak również izba mieszkalna dla młynarza i jego
rodziny. Zarówno same skrzydła, jak i część ruchoma wiatraka musiały być ustawiane
ręcznie w kierunku wiatru. Zapewniało to zajęcie samemu młynarzowi oraz całej jego
rodzinie. To nie był jedyny system sterowania. Optymalizacja prędkości wiatraka
odbywała się za pomocą zwijanych żagli montowanych na końcach skrzydeł. W podobny
sposób, poprzez ściągnięcie płacht, zabezpieczało się młyn przed uszkodzeniami podczas
burzy i wichury. Dzisiejszym odpowiednikiem trzynastowiecznej technologii jest
sterowany komputerowo system parkowania śmigieł w pozycję "chorągiewki". Kiedyś
musiał to robić człowiek. Konstrukcja śmigieł przez wiele lat była zresztą najsłabszą
częścią budowli. Narażone one były na zniszczenia, a ich częsta wymiana stawała się
głównym zajęciem pracującego właściciela. Stąd też pierwsze udoskonalenia w

przyszłości szły w kierunku poprawy jakości i wytrzymałości tej właśnie części
urządzenia.

Przez kolejne 500 lat poszukiwano nowych rozwiązań mechanicznych. W międzyczasie
pojawiły się urządzenia wyposażone w rozwiązania technologiczne z powodzeniem
stosowane do dziś: aerodynamiczne hamulce czy łopatki i klapy hamujące. Nadal jednak
efektem pracy wiatraków była siła mechaniczna wykorzystywana najczęściej do mielenia
zboża. Zapewne również, wraz z rozwojem konstrukcji, popoprawiał się standard życia
zamieszkującego we wnętrzu wiatraka młynarza. Jedna z zachowanych do dziś konstrukcji
we Francji w swoim środku kryje ni mniej ni więcej ale dwie izby mieszkalne i tyleż
pomieszczeń gospodarczych.

Z czasem pojawił się i prąd.

Początki wykorzystania siły wiatru do produkcji energii elektrycznej datowane są na
koniec XIX wieku, kiedy to duński meteorolog i wynalazca Poul la Cour rozpoczął
eksperymenty mające na celu znalezienie sposobu konwersji energii mechanicznej na
energię elektryczną. Nie dane mu było jednak ukończyć swego dzieła. Ze względu na
skomplikowaną sytuację międzynarodową i zbliżający się ogólnoświatowy konflikt prace
zostały przerwane. W tym samym czasie w Cleveland w Stanach Zjednoczonych
zbudowany został system oparty o urządzenie wykorzystujące siłę wiatru, którego celem
była również produkcja energii elektrycznej. Maszyna zaprojektowana przez Charles’a
Brusha składała się z olbrzymiej ilości skrzydeł połączonych ze sobą poprzecznie tak, że
tworzyły niemal jedną powierzchnię o średnicy blisko 17 metrów. Do sterowania
kierunkiem położenia skrzydeł służył olbrzymi ogon podobny do tych, w jakie obecnie
wyposażane są szybowce. Było to pierwsze urządzenie na świecie wykorzystujące tak
zaawansowaną technologię na tamte czasy jak przekładnia o stosunku przełożenia 50:1.
Nie da się jednak ukryć, że była to jednocześnie jedna z najbrzydszych konstrukcji jaką
udało się stworzyć człowiekowi w tamtym okresie.

Niemalże w tym samym czasie tysiące pasjonatów na całym świecie pracowało w
przydomowych warsztatach nad konstrukcją turbiny wiatrowej do zastosowań domowych.
Jeszcze większa ilość inżynierów zastanawiała się nad możliwością komercyjnego
wykorzystania takich rozwiązań. Systemy o mocy kilku kilowatów w tamtym okresie były
zdecydowanie łatwiejsze w przygotowaniu i montażu niż gigantyczne prototypy panów la
Cour i Brusha. Stąd też relatywnie szybko pojawiły się na rynku komercyjne firmy
oferujące urządzenia działające na skalę przemysłową. Głównym zastosowaniem małych
turbin wiatrowych było zasilanie w elektryczność domowych urządzeń amerykańskich
farmerów w miejscach ich zamieszkiwania. Dostęp do energii elektrycznej był dla nich
często kluczowym problemem z jakim się zmagali, a jak wiadomo w kapitalizmie
zapotrzebowanie rodzi produkcję. Nierzadko urządzenia te były w stanie bezpośrednio
zasilać lodówki, zamrażarki czy też zmywarki do naczyń. Nierzadko również podłączane
one były do domowego sprzętu AGD bezpośrednio. Wymagało to olbrzymiego zaparcia
użytkowników, którzy w bezwietrzne dni musieli odłożyć na półkę wszelkie prace
domowe. Gwałtowny rozwój małej energetyki wiatrowej został jednak zahamowany przez
ogólnoświatowy kryzys gospodarczy w latach trzydziestych. Ratunkiem dla ekonomicznej
stagnacji kraju, według rządu amerykańskiego, miała być między innymi budowa sieci
linii energetycznych, które swym zasięgiem miały objąć dziewicze dotychczas tereny.
Pozwoliło to w krótkim czasie setkom amerykańskich gospodarstw na podłączenie swoich
maszyn bezpośrednio do niezawodnej linii energetycznej. Brak wiatru nie ograniczał już
pomysłowych Amerykanów w przygotowaniu gorącego obiadu po całym dniu ciężkiej
pracy. Oczywiście odbyło się to pośrednio kosztem przydomowych instalacji wiatrowych,

które znikneły niemal tak szybko jak się pojawiły.

A później przyszli Niemcy, Duńczycy ...

Po zakończeniu II Wojny Światowej emerytowany inżynier zakładów energetycznych
Johannes Juul postanowił dokończyć dzieło swojego rodaka Poula la Cour. W ciągu paru
lat wybudował kilka prototypowych turbin wiatrowych z asynchronicznym generatorem
prądu stałego. W 1956 roku powstała pod jego kierownictwem pierwsza komercyjna
instalacja. Zaprojektowana i wybudowana turbina Gedsera o mocy 200 kW przez wiele lat
pozostawała największą pracującą konstrukcją na świecie. Ustanowiła ona wiele
standardów technologicznych wykorzystywanych z powodzeniem do dziś w
nowoczesnych konstrukcjach. Warto wspomnieć m.in. o aerodynamicznym systemie
hamowania za pomocą skrzydeł turbiny uruchamianym automatycznie w przypadku
przekroczenia dopuszczalnej siły wiatru. Turbina Gedsera pracowała podłączona do sieci
przez ponad 11 lat, a kiedy w 1960 roku uległa awarii, zakupiona została przez
amerykańską agencję NASA, gdzie używana była w programie badawczym nad
przygotowaniem nowych technologii.

Również w Niemczech pracowano nad nowymi rozwiązaniami. Profesor Ulrich Hutter w
krótkim czasie skonstruował serię prototypowych, horyzontalnych urządzeń o zmiennym
ustawieniu kątów natarcia skrzydeł. Takie rozwiązanie pozwoliło w znacznym stopniu
zmniejszyć jeden z głównych problemów, z którymi borykali się duńscy inżynierowie.
Problem przeciążeń mechanicznych skutecznie ograniczał możliwość budowy urządzeń o
większej średnicy niż kilka, kilkanaście metrów. Do końca lat siedemdziesiątych
wyprodukowano blisko 200 turbin wiatrowych o średniej mocy 10 - 25 kW. Ich
konstrukcja oparta była niemal w całości na turbinie Jullsa. Różnica mocy wynikała
jedynie z trudności technicznych związanych z użyciem generatora 200kW. W tym samym
czasie przygotowywano również prototypowe turbiny o mocy 630 kW. Nie było jednak
mowy o wykorzystaniu ich do efektywnej produkcji energii elektrycznej. Ich sprawność
pozostawiała wiele do życzenia, a koszt znacznie przewyższał osiągane rezultaty.

... Amerykanie.

W tym czasie w Stanach Zjednoczonych rząd federalny postanowił wprowadzić
energetykę wiatrową do swojego programu badań i rozwoju. Jednym z głównych
powodów był kryzys energetyczny na początku lat siedemdziesiątych, który uzmysłowił
Stanom Zjednoczonym konieczność posiadania dostępu do źródeł energii niezależnych od
polityki zagranicznej oraz czynników politycznych. Zainicjowane zostały trzy niezależne
programy, w ramach których przygotowano 17 projektów turbin wiatrowych o mocy od 1
kW do 3,2 MW. Program, dzięki możliwości korzystania z dorobku przemysłu
zbrojeniowego, mógł skorzystać z dotychczasowych doświadczeń inżynierów pracujących
m.in. dla potrzeb lotnictwa wojskowego. Główny nacisk położono na realizację tych
inwestycji, które zdaniem rządu mogły przyczynić się w znaczący sposób do poprawy
bilansu energetycznego kraju, a za takie uznano te, których moc nominalna wynosiła
przynajmniej 1 MW. Pierwsza, prototypowa konstrukcja MOD-0 już wkrótce została
uruchomiona w pobliżu miejscowości Ohio. Niestety okazało się, że przy projektowaniu
popełniony został błąd, którego usunięcie trwało blisko 4 lata. Dopiero kolejne konstrukcje
MOD-0A oraz MOD-2 można było uznać za bardziej udane.

Ta druga uznana została za pierwszą prawdziwą turbinę wiatrową. Przy jej konstrukcji
brały udział tak znane firmy i instytuty jak NASA. W 1980 roku zakończona została jej
budowa, a ponad 100 metrowe skrzydła rozpostarły się nad brzegiem rzeki Columbia.

Turbina pracowała przez kilka lat, stając się poligonem doświadczalnym dla celów
badawczych. Wydaje się jednak, że jej twórcy nie traktowali jej jako podwaliny pod
komercyjne i masowe rozwiązania, skupiając się na sferze naukowej i badawczej. Wiele
zastosowanych tam rozwiązań nie miało szans stać się dostępnymi na rynku. Były zbyt
drogie i zbyt skomplikowane. Zastosowano je ponownie w kolejnym prototypie- w
elektrowni wiatrowej o mocy 3,2 MW zainstalowanej na malowniczych Hawajach. Jednak
i tym razem naukowcy z NASA poświęcili swa uwagę teoretycznym zagadnieniom
kosztem zastosowania badanych rozwiązań w praktyce. Obie turbiny spotkał ten sam los:
po kilku latach pracy, unieruchomione czekają na demontaż.

A jednak Europa.

W przeciwieństwie do Stanów Zjednoczonych Duńczycy i Niemcy nie popadali w
gigantomanię. Zamiast drogich i problematycznych konstrukcji testowych skupiono się na
takich rozwiązaniach, które z punktu widzenia ekonomiki przedsięwzięcia usprawiedliwiać
mogą wprowadzenie na rynek takich urządzeń. Duńskie i niemieckie firmy już wkrótce
oferowały na rynku komercyjne turbiny wiatrowe. Od ich amerykańskich odpowiedników
różniły je nie tylko wielkość i przeznaczenia, ale również to, że posiadały trzy skrzydła.
Genezą takiego rozwiązania była turbina Gedsera, o której zresztą była już mowa. Wtedy
jednak efektywność urządzenia nie stanowiła jej najmocniejszej strony. Po latach, dzięki
usprawnionej technologii i dobrze przemyślanej konstrukcji, sprawdziła się ona w
praktyce. W latach 60 i 70 dominowały w Europie trójpłatowe konstrukcje o mocy od 10
do 25 kW. Oczywiście mowa tu o urządzeniach pracujących i dostępnych na rynku. Co
ciekawsze, były one dziełem entuzjastów, którzy wielokrotnie nie poprzestawali na
budowie jednego urządzenia, a wprost przeciwnie wprowadzali na rynek całej serie. Jeden
z pionierów Christian Riisager w latach 1974-1978 wybudował 30 w pełni sprawnych
urządzeń. W 1980 roku era wynalazców dobiegła końca. Z inicjatywy duńskich zakładów
energetycznych, zdecydowano się na budowę serii maszyn o niewyobrażalnej jak na tamte
czasy mocy. Wyposażone one były w generatory 660 kW. Szybko jednak okazało się, że
choć maszyny te pracują, to produkcja przez nie energii elektrycznej jest całkowicie
nieopłacalna. 10 kolejnych lat zajęło inżynierom dopracowanie swoich idei i
zaprojektowanie turbiny wiatrowej, która mogłaby stać się alternatywą dla
konwencjonalnych źródeł energii. W tym czasie usprawniono część elektryczną
(generator), automatykę i, co chyba najważniejsze, część mechaniczną (problem
przeciążeń i wytrzymałości materiałów). Pozwoliło to wypuszczać na rynek coraz większe
i wydajniejsze urządzenia. Wkrótce pojawiły się turbiny o mocy 600 kW, 800 kW, 1MW
aż po dzisiejsze z generatorami rzędu kilku megawatów.