Вітрова енергетична система використовує вітрову енергію або безпосередньо (наприклад, для механічного приведення насосного механізму в дію), або опосередковано (для продукування електроенергії, яку можна використовувати чи зберігати). Якщо ця система ще не запроваджена на місці, то вона не дуже підходить для гострого етапу реагування, хоча і може бути підходящим варіантом для забезпечення більш сталої енергії у довгостроковій перспективі.

Вітрова енергія може зменшувати операційні витрати системи водопостачання. У типовій простій системі вітер обертає турбіну, часто встановлену на вежу, для підняття води. Це може бути лише проста система для підняття поверхневої води на невелику відстань для зрошування, хоча зазвичай це передбачає підняття підземних вод на поверхню із використанням насосного механізму.

Проєктні міркування

Механічні (прямі) вітрові насосні системи працюють, фізично з’єднуючи вітрову турбіну з лопатями безпосередньо з механічною насосною системою (зазвичай поршневий насос із плунжером, див. A.2 , A.4 ). Проте у цій системі свердловина має бути розташована в ідеальній локації для максимально ефективного використання швидкості вітру, і може бути складно сіпввіднести енергетичні характеристики турбіни з видом насосу, що означає, що енергія не передається ефективно на всіх швидкостях вітру.

Вітряно-електричні (непрямі) насосні системи, які продукують енергію для зберігання, є більш ефективними із використанням або прямо потокових насосів, або стандартних трифазних центробіжних насосів із перемінним током. Насоси з перемінним током можна експлуатувати безпосередньо із використанням енергії через генератор на постійному магніті, під’єднаний напряму до мотору насосу. Функціонування є можливим, оскільки стандартні насоси можуть працювати із різними швидкостями, якщо вольтаж та частота також варіюються, як і трапляється у цьому випадку. У такій системі більш ефективне співвідношення вимог щодо енергії є перевагою (коли турбіна та робочі колеса в насосі мають подібні рівні збільшення швидкості обертання), як і здатність зменшувати вплив насосу на турбіну. Проте компенсаційний насос може страждати від падіння напруги вздовж довших електричних кабелів, але якщо турбіна отримує вищі швидкості вітру у зміщеному положенні, додаткова енергія може компенсувати втрати в кабелях для загального позитивного енергетичного балансу.

Окреслені проєктні розрахунки стосуються як механічних, так і електричних систем. Вода використовується як запас енергії, коли більше води качають у більш вітряні дні, яку потім можна випустити в систему з використанням гравітації у дні, коли вітер стихає та робота насосів є менш ефективною. Для того, щоб це працювало, резервуар для зберігання має мати спроможність утримувати запас води для задоволення попиту протягом щонайменше трьох днів. Як запасний варіант для невітряних днів також можна обладнати криниці ручним насосом (див. S.8 ). Максимальний потік під час найоптимальніших вітряних умов має бути сумісним із проєктом свердловини, коли швидкість по екранах не повинна перевищувати 0,03 м/с та коли зниження рівня підземних вод все ще лишається сталим (див. I.8 ). Оскільки швидкість вітру збільшується пропорційно до висоти над поверхнею землі, турбіни встановлюють на вежах. Точна висота та місце розташування вежі мають забезпечувати відсутність перешкод для турбіни, тобто її потрібно встановити так, щоб ротор був як мінімум на 10 метрів вище та на відстані 100 метрів від будь-яких найближчих дерев та будівель. Для попередження пошкоджень від надмірного обертання за вітрів із швидкістю понад 13 м/с, турбіни потрібно обладнати автоматичним механізмом, який згортає лопаті (відвертає їх від вітру) із використанням різноманітних активних чи пасивних заходів, передбачених проєктом. Також потрібно включити можливість переходу на ручне управління.

Окрім качання води, вітряна енергія може використовуватися для генерування електроенергії для інших процесів (наприклад, певних систем очищення води) або для постачання в електромережу. Енергію можна зберігати із використанням акумуляторів (наприклад, у гібридних системах, які також використовують сонячну енергію), хоча з огляду на вартість, короткий строк експлуатації та неминучі втрати енергії, які мають місце під час зберігання енергії з використанням акумуляторів, загалом краще уникати використання акумуляторів шляхом розробки добре продуманої насосної системи разом із достатніми можливостями для зберігання.

Матеріали

Необхідні матеріали включають турбіну, допоміжну вежу, насосний механізм (який може варіюватися), достатньо можливостей для зберігання води із метою вирішення питання коливань та, коли цього неможливо уникнути, акумулятори.

Придатність

Для того, щоб вітер став ефективним джерелом енергії, у місці розташування повинно бути достатньо вітру. Тому потрібно провести оцінювання вітру, проте необхідно обережно підходити до трактування місцевих даних, які часто можуть бути заниженими, особливо, якщо метеорологічні станції перебувають у поганому стані, як часто і трапляється. Вид насосів та вітряні умови потрібно ретельно співвідносити. У випадку механічних насосів, оптимізованих для низьких швидкостей вітру та забезпечуючих воду у більшість днів, необхідна мінімальна середня швидкість вітру становить 2,5 м/с, тоді як електричні центробіжні насоси (див. A.8 ) потребують середньої швидкості у щонайменше 4 м/с. З огляду на таку варіативність та потребу ретельного аналізу проєкту вітряна енергія не дуже підходить для гострого етапу реагування, якщо тільки існуючі вітряні насоси не є функціональними. Вітряна енергія зазвичай краще підходить для середньо- і довгострокових етапів стабілізації і відновлення.

Експлуатація та обслуговування

Вітряні турбіни можуть працювати впродовж довгого періоду часу із мінімальним обслуговуванням, якщо початкові налаштування забезпечують гарне змащування шестерні та рушійних механізмів і якщо крила і лопаті захищені від корозії. Лопаті і підшипники турбіни потрібно перевіряти і замінювати щонайменше кожні 10 років, чого має вистачити для більшості надзвичайних ситуацій по тривалості. Насос зазвичай потребує більш інтенсивного обслуговування; механічні з’єднання між турбіною та насосом, зокрема, відповідають за орієнтовно 40% всіх потреб в обслуговуванні. До того ж поршневі кільця потрібно замінювати кожен рік чи кожні два роки.

Здоров’я та безпека

Питання здоров’я та безпеки стосуються безпечного проєктування та будівництва структури вежі. Якщо використовуються акумуляторні системи, вони мають розміщуватися у місці з обмеженим доступом із метою уникнення ризиків ураження електричним струмом.

Витрати

З одного боку, капітальні витрати на вітряну насосну систему є високими, зазвичай вони варіюються від 35 000 і 60 000 доларів США до 120 000 доларів США для більшої вітряної електричної системи на рівні громади (включаючи зберігання та транспортування). З іншого боку, витрати на обслуговування механічних вітряних систем є помірними (орієнтовно 0,8 – 1,5 доларів США на особу на рік), що є сумірним з іншими електричними системами. За наявності такої компенсаційної переваги вітряні електричні системи можуть бути варіантом найменших затрат, наприклад, там, де «м4» (щоденний обсяг, необхідний у м³, помножений на насосну одиницю у метрах) варіюється від 200 до 10 000, де середня річна швидкість вітру на 10 метрах становить 4 м/с, де інші паливні насосні системи виявилися проблематичними у використанні та де електромережа розташована на відстані понад 2 км. Окрім фінансових витрат, вибір відновлюваного джерела енергії має набагато нижчі постійні екологічні витрати, та подібно до сонячної енергії це має бути ключовим (якщо не вирішальним) проєктним міркуванням.

Соціальні та екологічні аспекти

Вітер – це відносно неперевірений ресурс, проте він має бути несуперечливим, особливо, у процесі того, як захист навколишнього середовища привертає все більше уваги. З екологічної точки зору вітер – це відновлюване джерело енергії, яке зменшує потребу у використанні енергії, отриманої з використанням викопного палива, таким чином зменшуючи внесок системи у загальні викиди парникових газів та покращуючи якість повітря. Проте турбіни можуть впливати на мігруючих птахів залежно від розміру роторів, висоти вежі та місця розташування вітряної станції. З точки зору соціального прийняття турбіни можуть вважатися зовнішньо непривабливими, а шум від працюючих турбін може вважатися незручністю для осіб, які проживають недалеко від них, однак це може бути не дуже актуальним в умовах надзвичайної ситуації.