Hiszpański wiatrak „El Molino Zabala” z ośmioma żaglami

Ujarzmić wiatr

OD NASZEGO KORESPONDENTA Z HISZPANII

CO CI przychodzi na myśl, kiedy patrzysz na wiatrak przedstawiony obok? Holenderski krajobraz? Hiszpański szlachcic z powieści Don Kichot, któremu wydawało się, że wiatraki to groźne olbrzymy? A może odrestaurowany zabytek?

Chociaż w wielu rejonach świata wiatraki wciąż są nieodłącznym elementem krajobrazu, mogą się wydawać jedynie osobliwą pamiątką z przeszłości. Tymczasem przez wieki należały one do szczytowych osiągnięć techniki. A od niedawna, po kilkudziesięciu latach zapomnienia, przeżywają renesans i znowu przynoszą korzyści. Zapraszamy do przyjrzenia się, jak wiatry historii i zmieniające się potrzeby wpływały na zmiany konstrukcji wiatraków.

Mąka bez męki

Wszystko zaczęło się po prostu od tego, że ludzie chcieli jeść chleb. Aby uzyskać mąkę niezbędną do wypieku chleba, starożytne ludy, na przykład Izraelici, rozdrabniały jadalne ziarna za pomocą żaren (Liczb 11:7, 8). Ale ręczne rozcieranie zboża ciężkim kamieniem było bardzo żmudne. Z czasem do powszechnego użytku weszły jeszcze cięższe kamienie młyńskie, ‛obracane przez osła’ lub inne zwierzę pociągowe (Mateusza 18:6). Jednak i te urządzenia miały słabe strony.

Z biegiem lat człowiek nauczył się wykorzystywać energię wodną do wprawiania w ruch koła młyńskiego, a siłę wiatru do napędzania łodzi żaglowych. Prawdopodobnie około VII wieku n.e. na suchych stepach Azji albo na Bliskim Wschodzie obie te koncepcje połączono. Poruszane wiatrem żagle obracały pionowy pręt, który z kolei poruszał kamieniem młyńskim.* Ten prosty mechanizm służył do mielenia pszenicy lub jęczmienia oraz do pompowania wód podziemnych. Jak widać, potrzeba rzeczywiście jest matką wynalazków!

Złapać wiatr

Te pierwsze mechanizmy nie były zbyt wydajne. Ale sytuacja się zmieniła, gdy odkryto, że można zwiększyć moc urządzenia, jeśli żagle lub łopatki przymocuje się do poziomego wału umieszczonego w wieży. Wał ten, połączony szeregiem przekładni z pionową osią, wprawiał w ruch znajdujący się poniżej kamień młyński. Dzięki takiemu usprawnieniu lepiej wyzyskiwano siłę wiatru. Nowe wiatraki wytwarzały wystarczająco dużo energii, żeby napędzać ciężki sprzęt, na przykład piły tarczowe.

 

1. Consuegra, Hiszpania
2. Majorka, Hiszpania
3. Aruba, Małe Antyle

Jednak bez względu na swe przeznaczenie wiatraki potrzebowały ciągłego dopływu energii. A wiatr niestety często bywa kapryśny. Co więc zrobić, żeby skrzydła cały czas były ustawione do wiatru? Wymyślono tak zwany młyn obrotowy, inaczej koźlak. Ponieważ jego korpus znajdował się na pionowym czopie, cały wiatrak można było tak nakierować, by złapał wiatr.

Tego rodzaju konstrukcje ze zrozumiałych względów nie mogły być zbyt duże. Zbudowano więc młyny stałe z obrotową głowicą, nazywane w Polsce holendrami. Głowica obracała się wokół wału głównego, który łączył ją z dolną częścią wiatraka. Dzięki temu zawsze można ją było ustawić odpowiednio do wiatru. Jak młynarz miał obrócić głowicę, a do tego jeszcze wał główny, skrzydła i system hamulcowy? Spójrz jeszcze raz na zdjęcie wiatraka z Kartageny w Hiszpanii, zamieszczone powyżej. Z tyłu wiatraka wystaje z głowicy belka, która sięga aż do ziemi. Chociaż wygląda na podporę, w rzeczywistości jest to ramię dźwigni. Było przesuwane przez człowieka lub zwierzę tak, by skrzydła ustawiły się we właściwym kierunku.

Inne wiatraki miały za skrzydłami coś w rodzaju niedużego śmigła. Był to ster, który automatycznie ustawiał skrzydła w odpowiednią stronę. W jaki sposób? Wyobraź sobie, że wiatr obraca skrzydłami z maksymalną prędkością. Nagle zmienia kierunek i skrzydła zwalniają. Teraz podmuchy zaczynają obracać sterem, ustawionym pod kątem prostym do skrzydeł. To uruchamia system przekładni, które automatycznie obracają głowicę, i skrzydła ponownie dostają się w objęcia kapryśnego wiatru.

Od żagli do łopatek

Kolejnym czynnikiem utrudniającym ujarzmienie wiatru jest zmienność jego siły. Ponieważ skrzydła pierwszych wiatraków przypominały wyglądem żagle, niełatwo było reagować na zmiany prędkości wiatru. Oczywiście istniały hamulce, ale ciepło powstałe wskutek tarcia mogło wzniecić pożar. Z kolei porywy wiatru mogły roztrzaskać skrzydła, powodując znaczne szkody. Zdarzało się, że gdy hamulce zawiodły, a młynarz akurat znajdował się na ramieniu skrzydła i je składał, nagły podmuch wyrzucał go w powietrze!

W roku 1772 problem ten rozwiązał pewien Szkot — zastąpił żagle listewkami, które samoczynnie otwierały się i zamykały, podobnie jak żaluzje. W książce Windmills (Wiatraki) wyjaśniono: „Kiedy silny podmuch wiatru uderza w skrzydła, pokonuje opór sprężyn i listwy się uchylają, dzięki czemu wiatr swobodnie przepływa między nimi i prędkość obrotów maleje. Gdy wiatr słabnie, sprężyny pokonują nacisk wiatru i listwy się zamykają, wskutek czego wiatr napiera na większą powierzchnię i skrzydła poruszają się z niezmienioną prędkością”.

Dzięki ruchomej głowicy i samonastawnym skrzydłom wiatraki zyskały największą popularność pod koniec XIX wieku. Jak oszacowano, łączna moc wszystkich wiatraków w Europie mogła wynosić aż 1500 megawatów.^# Później jednak powiały wiatry zmian. Wraz z rozwojem techniki wprowadzono elektryczność, turbiny parowe oraz silniki spalinowe. Wiatraki nie były w stanie konkurować z nowymi maszynami pod względem wydajności i mobilności. Wydawało się, że już nigdy nie złapią wiatru w skrzydła. Wtedy wyłoniły się nieoczekiwane potrzeby.

Współcześni następcy starych wiatraków

Kryzys naftowy z lat siedemdziesiątych XX wieku zmusił do rozejrzenia się za niekonwencjonalnymi źródłami energii. Nasiliły się też obawy związane z zanieczyszczeniem atmosfery produktami spalania paliw kopalnych. Poszukiwano tak zwanej czystej energii. Nagle dostrzeżono w wiatrakach idealne rozwiązanie i zaczęto projektować coraz lepsze turbiny wiatrowe.

Współczesne „wiatraki” są o wiele smuklejsze niż ich poprzednicy. A to dlatego, że już nie napędzają wielkiej maszynerii znajdującej się wewnątrz korpusu. Każda turbina przetwarza siłę wiatru na energię elektryczną, która często zasila miejscową sieć energetyczną. W roku 1988 nowoczesne wiatraki w Europie miały łączną moc 1500 megawatów — podobnie jak sto lat wcześniej ich przodkowie.

Nowoczesne farmy wiatrowe, przypominające rzędy potężnych oszronionych drzew na szczytach wysokich wzgórz, zaczęły zmieniać oblicze wiejskiego krajobrazu. I choć może nie przydają piękna otoczeniu, większość ludzi uważa, że niekorzystne wrażenia estetyczne to niewielka cena, którą warto zapłacić za dziesiątki tysięcy megawatów czystej energii wytwarzanej na całym świecie. Te nowoczesne wiatraki odgrywają istotną rolę w międzynarodowych wysiłkach mających na celu redukcję emisji gazów cieplarnianych, z czego wszyscy odnosimy korzyść.

Jednakże ani tradycyjny wiatrak, ani nowoczesna turbina wiatrowa nie mogłyby funkcjonować, gdyby nie istniał wiatr — niewyczerpane źródło czystej energii. Jakże wdzięczni możemy więc być „Stworzycielowi wiatru”! (Amosa 4:13).

*  Takich prymitywnych wiatraków używano w niektórych rejonach Bliskiego Wschodu aż do XX wieku.

^#  Megawat to milion watów. Zwykła żarówka ma moc 60 watów.