Ветряные электростанции. Домашние ветряные электростанции

Давайте посмотрим на нетрадиционые варианты выработки энергии, а именно ветровые электростанции. Пока еще вопрос спорный в возможности существования этого вида энергодобычи без серьезных дотаций, возможность широкого и повсеместного применения этих устройств (а не только для специфических случаев). Однако не оспорим вопрос экологичности. Ну и это еще к тому же красиво:-)

Давайте посмотрим...

В Европе и США огромные ветряки — привычный элемент загородного пейзажа. Эти красивые гиганты устанавливаются не только на земле, но и на водных просторах.

Идея использовать силу ветра для получения электрической энергии не нова. Она родилась ещё в конце 19 века, а именно зимой 1887-88 годов, когда один из основателей американской электрической индустрии, Чарльз Ф. Браш построил прототип автоматически управляемой ветровой турбины для производства электроэнергии. На тот момент она была гигантской — диаметр ротора равнялся 17 метрам, и состоял из 144 лопастей, изготовленных... из кедра.

В Европе первая ветряная электрическая станция была пущена в 1900 году, а к началу ІІ-ой мировой войны на планете работало несколько миллионов ветряков.

Современный ветряк — это стальная башня высотой от 70 до 125 м, на вершине которой установлены генератор и ротор с лопастями из композиционных материалов. Сегодня используют 56-метровые лопасти.

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры. Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории.

На первый взгляд ветер кажется одним из самых доступных и возобновляемых источников энергии. В отличие от Солнца он может "работать” зимой и летом, днем и ночью, на севере и на юге. Но ветер - это очень рассеянный энергоресурс.

Ветровая энергия практически всегда "размазана” по огромным территориям. Основные параметры ветра - скорость и направление - меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее "надежным”, чем Солнце. Таким образом, встают две проблемы, которые необходимо решить для полноценного использования энергии ветра. Во-первых, это возможность "ловить” кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока. Вторая проблема пока решается с трудом.

К решению первой проблемы привлекли специалистов самолета строения умеющих выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, для получения максимальной энергии ветра. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Это многолопастные «ромашки» и винты вроде самолетных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью. Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления; остальным приходится разворачиваться по ветру. Такой вертикальный ротор напоминает разрезанную вдоль и насаженную на ось бочку. Встречаются и оригинальные решения. Например, тележка с парусом ездит по кольцу из рельс, а ее колеса приводят в действие электрогенератор.

Кликабельно 1700 рх

Среди десятков тысяч ветряков есть огромные, а есть и маленькие, на один домик. А это как раз гигантские ветряки. Один из самых больших ветряков на сегодня построен в сентябре 2002 под Магдебургом в Германии. Его мощность — 4.5 мегаватт, каждая из трех лопастей достигает 52 метров в длину и 6 в ширину, и весит по 20 тонн. Крепится ротор на 120-метровой башне.

Последнее достижение ветроэнергетики — ветряки, диаметр ротора которых превышает размах крыла самолетов-гигантов, даже нашего «Руслана». Такая установка имеет мощность 1-2 мегаватта и способна обеспечивать электроэнергией 800 современных жилых домов.

Наиболее распространенным типом ветровых энергоустановок (ВЭУ) является турбина с горизонтальным валом и числом лопастей от 1 до 3. По оценкам различных авторов, ветроэнергетический потенциал Земли равен 1200 ТВт, однако использования этого вида энергии в различных районах Земли неодинаковы. В России валовой потенциал ветровой энергии - 80 трлн. кВт/ч в год, а на Северном Кавказе - 200 млрд. кВт/ч (62 млн. т усл. топлива). Эти величины существенно больше соответствующих величин технического потенциала органического топлива. Среднегодовая скорость ветра на высоте 20-30 м над поверхностью Земли должна быть достаточно большой, чтобы мощность воздушного потока, проходящего через надлежащим образом ориентированное вертикальное сечение, достигала значения, приемлемого для преобразования.

Ветровые электростанции выгодны, как правило, в регионах, где среднегодовая скорость ветра составляет 6 метров в секунду и выше и которые бедны другими источниками энергии, а также в зонах, куда доставка топлива очень дорога.

Норвегия объявила о планах построить самый большой в мире ветряк в 2011 году. Работы уже ведутся. Высота ветряной турбины будет составлять 533 фута, а диаметр ротора — 475 футов. Как ожидается, турбина будет обеспечивать электроэнергией 2 000 домов. Рекордный опытный образец стоит $67,5 миллионов.

Ветроэнергетическая установка, расположенная на площадке, где среднегодовая удельная мощность воздушного потока составляет около 500 Вт/м2 (скорость воздушного потока при этом равна 7 м/с), может преобразовать в электроэнергию около 175 из этих 500 Вт/м2. следует также учитывать те изменения, которые вносятся ветровыми установками в ландшафт местности, их размещение должно соответствовать не только стандартам безопасности и эффективности, но и правильного размещения на местности (мельницы ВЭУ, расположенные хаотично менее эффективны, чем те, которые расположены в определенной геометрической последовательности).

Малые ВЭУ обычно предназначаются для автономной работы. Системы, которым они выдают энергию, привередливы, требуют подачи энергии более высокого качества и не допускают перерывов в питании, например, в периоды безветрия. Поэтому им необходим дублер, то есть резервные источники энергии, например, дизельные двигатели той же, как у ветроустановок, или меньшей мощности.

Что касается более мощных ветроустановок (свыше 100кВт), то они применяются как электростанции и включаются обычно в энергосистемы. Обычно на одной площадке устанавливаются достаточно большое количество ВЭУ, образующих так называемую ветровую ферму. На одном краю (фермы) может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить слишком тесно, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому (ферма) занимает много место.

Ветроэнергетика сильно зависит от капризов природы. Скорость ветра бывает настолько низкой, что ветра агрегат совсем не может работать, или настолько высокой, что ветра агрегат необходимо остановить и принять меры по его защите от разрушения. Если скорость ветра превышает номинальную рабочую скорость, часть извлекаемой механической энергии ветра не используется, с тем чтобы не превышать номинальной электрической мощности генератора. Для эффективной работы ВЭУ их размещают на открытых пространствах, реже на территориях сельскохозяйственных угодий, что повышает их продуктивность. В горных районах ветра установки работают эффективно из-за природных особенностей данных местностей, там преобладает движение воздушных масс с большой силой и скоростью, к тому же это дает энергию в труднодоступные районы.

Правильная установка влияет на КПД ветра агрегатов поэтому удельная выработка электрической энергии в течение года составляет 15 - 30% энергии ветра или даже меньше в зависимости от место положения и параметров установки.

В настоящее время рекорд по размеру и мощности (141 метр и 7 мегаватт) принадлежит ветрогенератору Enercon E-126, расположенному около немецкого городка Эмден.

Установка ветряка Enercon E-126:

Ветряные двигатели не загрязняют окружающую среду, отсутствие влияния на тепловой баланс атмосферы Земли, отсутствие потребления кислорода, выбросов углекислого газа и других загрязнителей. Чтобы производить с их помощью много электроэнергии, необходимы огромные пространства земли. Лучше всего они работают там, где дуют сильные ветры.

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников; они успешно работают в труднодоступных районах, на дальних островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций общего пользования.

В проектировании установки самая трудная проблема состояла в том, чтобы при разной силе ветра обеспечить одинаковое число оборотов пропеллера. Ведь при подключении к сети генератор должен давать не просто rкакую-то электрическую энергию, а только переменный ток с заданным числом циклов в секунду, т. е. со стандартной частотой 50 - 60 Гц. Поэтому угол наклона лопастей по отношению к ветру регулируют за счет попорота их вокруг продольной оси: при сильном ветре этот угол острее, воздушный поток свободнее обтекает лопасти и отдает им меньшую часть своей энергии. Помимо регулирования лопастей весь генератор автоматически поворачивается на мачте против ветра.

Одна из возникших проблем ветра агрегатов это избыток энергии в ветреную погоду и не достаток ее период без ветрея. Способов хранения ветреной энергии очень много рассмотрим наиболее простые один из способов: состоит в том, что ветряное колесо движет насос, который накачивает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока. Существуют и другие способы, и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива. Особенно перспективным представляется последний способ. Электрический ток от ветра агрегата разлагает воду на кислород и водород. Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.

Ветряки ставят не только на суше, но и на водных просторах:

Самый высокий ветряк в мире находится в провинции Сан-Хуан на высоте 4 110 метров над уровням моря. Его установила самая крупная золотодобывающая компания в мире — Баррик. Ветряк занесен в книгу рекордов Гиннеса.

Ветроустановка — дорогая техника, но расходы на ее приобретение окупятся в течение первых 7 лет эксплуатации. Расчетный срок службы — 25 лет.

Европейский лидер по использованию энергии ветра — Дания. В этой стране их обычно размещают на скалистых рифах и мелководье, на расстоянии до 2 км от берега.

Кликабельно

Самым ветреным местом в Европе считают шотландские Внешние Гибриды. Северная часть этих островов продувается постоянно. Ветер там практически никогда не утихает.

В конце прошлого года компания Deepwater Wind объявила о планах создания крупнейшей в мире глубоководной ветровой электростанции.

Предполагается, что она будет возведена на протяжении от 29 до 43 км от побережья штата Род-Айленд и Массачусетс и будет производить до 1 000 мегаватт, что сопоставимо с ядерным энергоблоком. Ветряки будут установлены в океане с глубиной дна 52 м — это значительно глубже, чем любая другая современная ветроэлектростанция.

Кликабельно

А вот еще есть такой интересный ветряк

Первая в мире плавучая ветряная турбина была установлена в Северном море у побережья Норвегии. Об этом сообщила во вторник норвежская энергетическая компания StatoilHydro. Турбина, названная Hywind, достигает в высоту 65 метров и весит 5.300 тонн. Ее установили примерно в 10 километрах от острова Кармой, у юго-западного побережья страны, говорится в пресс-релизе компании.

"Ветряк" установлен на плавающей платформе, которая закреплена тремя якорями. В качестве балласта выступают вода и камни, помещенные внутрь платформы.

StatoilHydro планирует проводить испытания Hywind в течение последующих двух лет, прежде чем примет решение о производстве большего числа плавучих ветровых турбин.

По мнению специалистов StatoilHydro, данная технология может представлять интерес для Японии, Южной Кореи, американского штата Калифорния, части Восточного побережья Соединенных Штатов и Испании. Это лишь часть потенциальных рынков.

Hywind может устанавливаться на большем удалении от берега, чем статические ветровые турбины, уже находящиеся в эксплуатации. Речь идет о глубинах от 120 метров до 700 метров, что позволяет размещать новую турбину значительно дальше от берега.

В создание 2,3-мегаваттной плавающей турбины было вложено в общей сложности 400 млн. крон (46 миллионов евро), что делает ее дороже наземных аналогов. Теперь главная задача компании-производителя - удешевить свою разработку.

Ветровая энергия это огромная энергия, надо только правильно ее получать и хранить.

Рассмотрим теперь отрицательное влияние ВЭУ на среду обитания человека и животных, на телевизионную связь и пути сезонной миграции птиц. Действительно крупные ВЭУ влияют на телесигнал. На расстоянии до 0.5 км, они вызывают помехи в телесигнале, это связано с тем, что лопасти ветрового колеса ВЭУ отражают сигналы, вызывая помехи при передачи телевизионного сигнала. Вследствие работы крупных ВЭУ больше 20 кВт возникает достаточное количества инфразвука, которое влияет на состояние человека и животных. При работе крупных ВЭУ возникает и естественный шум от работы ветрового колеса. Поэтому размещение ВЭУ больше 10 кВт нежелательно в переделах черты города. С этими отрицательными факторами пытаются бороться, в частности применяя новые виды материала, которые способны пропускать сигналы в большом спектре и т.д.

Ветровая энергетика вызывает все больше интерес и стремление к усовершенствованию установок для максимальной эффективности. Во многих страна начинают их применять в домах, на фермах, на небольшом производстве.

А вот такой проект:

Необычная ветровая электростанция, имеющая не три, а две лопасти, в скором времени появится у восточного побережья Шотландии. Экстравагантный ветряк, видимо, будет славен ещё и тем, что сможет принимать вертолёты.По данным Inhabitat, шотландский министр энергетики Фергюс Юинг (Fergus Ewing) на днях объявил, что правительство одобрило строительство инновационной ветровой турбины по проекту голландской компании 2-B Energy. Гигантский двухлопастный ветряк мощностью 6 мегаватт будет возведён в составе комплекса Energy Park Fife примерно в 20 метрах от берега.

Вызывающая немало вопросов вертолётная площадка присутствует только на проектных картинках в разделе «общее впечатление». В шотландском правительстве посадка геликоптеров на ветряк не обсуждается (иллюстрации 2-B Energy).

2-B Energy с нуля разработала новый тип турбин в 2007 году. Её ветряки предназначены именно для работы на воде, в прибрежной зоне, где нет строгих требований к шуму и жёстких ограничений по размеру конструкции. Что касается двух лопастей вместо трёх, то компания поясняет: чем меньше движущихся частей, тем лучше в плане ремонтопригодности.

Как сообщает BusinessGreen, 2-B Energy хотела установить в Шотландии два ветряка, но получила одобрение только на один.

«Тот факт, что инновационные компании решают проверить свои новые идеи именно в Шотландии, в лишний раз подтверждает репутацию нашей страны как места для разработки и внедрения всех типов новых „зелёных“ энергетических технологий», - заявил министр Юинг. Судя по всему, строительство экспериментальной турбины начнётся в 2014 году.

Кликабельно

Ну и еще один проектик:

Небольшая американская фирма Joby Energy разработала проект установки в виде огромного летающего змея. Змей представляет собой прямоугольный металлический каркас, несущий на себе десяток небольших лопастей. Сначала лопасти приводятся в действие моторами и, подобно пропеллеру самолета, поднимают каркас на высоту 400-500 метров.

Там в дело вступают мощные высотные ветры, которые вращают лопасти, вырабатывая электрическую энергию. Часть ее идет на поддержание каркаса в воздухе, а основная часть передается на землю по той металлической «нити», которая соединяет каркас с местом запуска. Конечно, для этого требуются прочные и легкие материалы, необходимые для создания летающего (и подвергающегося мощнейшим давлениям) гигантского, в десятки метров длиной, каркаса, и электроника, которая должна обеспечивать автоматическое управление полетом и маневрированием, и датчики, непрерывно измеряющие скорость, направление ветра и ориентацию аппарата, и компьютеры, которые по указаниям этих датчиков автоматически и непрерывно контролируют и нужным образом меняют ориентацию каркаса к ветру, чтобы обеспечить максимальный кпд, и многое другое, чего не было еще 10 лет назад.

Кликабельно 3000 рх

Новый план не просто реален. Он еще и достаточно перспективен, о чем говорит одна, но весьма красноречивая цифра: нынешняя потребность человечества в энергии составляет, по подсчетам, 17 тераватт, между тем как мощность ветров в тропосфере равна 870 тераваттам, то есть в 50 с лишним раз больше. (Напомним, что тропосферой называется приземный слой атмосферы до высоты в 20-30 километров, отделенный от выше лежащей стратосферы переходным слоем; под этим слоем образуются характерные для тропосферы постоянные «струйные потоки» (jet streams) со скоростями ветра от 100 до 400 километров в час. Для сравнения: на земле ураганной считается скорость выше 117 километров в час.) Далеко не случайно эта фирма так энергично испытывает одну систему за другой. Агентство НАСА в ближайшее время проводит нечто вроде всеамериканского конкурса на лучший проект надежной и безопасной летающей турбины мощностью в 300 киловатт. Тот факт, что на этом конкурсе фирма будет лишь одним из нескольких десятков конкурентов, свидетельствует об интересе, проявляемом к новому виду «чистой» энергии. Но еще более ярко о том же говорит интерес, проявляемый к новому плану американским правительством. Это именно оно выделило НАСА деньги для координации и проверки всех этих частных проектов.

Сейчас на предварительном испытании находятся самые разные варианты летающих турбин — в виде воздушного змея, подвесного аэростата, летающего крыла, парашюта и так далее. Отбор поручен НАСА, уже имеющему опыт такой работы. Предстоит прежде всего найти наиболее эффективный вид носителя турбины. Для этого все они будут проверяться в одинаковых условиях полета на высоте до 600 метров — это предел, который для начала установило федеральное правительство.

Даже на этой высоте летающие турбины вполне могут показать свои преимущества перед наземными, ведь сила ветра, как уже говорилось, растет с высотой, а мощность ветряков, как уже выяснила практика, пропорциональна кубу силы ветра. Это значит, что даже при удвоенной за счет высоты силе ветра летающая турбина может дать в 8 раз больше мощности, чем наземная, а при утроенной — даже в 27 раз больше. Как полагают расчетчики, в будущем, когда такие турбины будут летать на высоте 8-9 километров, на уровне самых низких «струйных течений» с их средней скоростью ветра 240 километров в час, они смогут давать 20 000-40 000 ватт на квадратный метр лопастей вместо 500 ватт, которые дают нынешние наземные ветряки .

Кроме того, у них есть еще то преимущество, что установка запуска, где крепится нанотрубочная «нить» (она же — кабель для приема тока), занимает очень малую площадь. Да и стоимость турбины-змея много меньше, чем, скажем, того норвежского гиганта, который сейчас готовится выплыть в море. С другой стороны, летающие ветряки, конечно, уступают таким гигантам по максимальной мощности каждой отдельной установки. Чтобы сравняться с мощностью норвежского плавучего ветряка, летающий ветряк должен иметь рабочую площадь в несколько сот квадратных метров, а это ставит перед конструкторами очень трудные — и пока неразрешимые — технические задачи (в смысле прочности, подъемной силы и так далее.) Так что перегнать наземные ветряки по суммарной мощности можно только за счет я количества, и поэтому энтузиасты нового плана говорят сегодня о создании огромной сети таких летающих ветряков, пусковые установки которых будут собраны на определенных участках той или иной страны — нечто вроде проекта «Дезертек», предлагающего покрыть Сахару сплошными солнечными зеркалами.

В отличие от «Дезертека», в данном случае возникает, однако, сложный вопрос о воздушном пространстве. Каждая летающая турбина требует своей нити, а поскольку эта турбина не стоит на одном месте, а под воздействием ветра и нити описывает определенные траектории в небе, ей нужен также свой «воздушный коридор» — этакий колодец, на дне которого находится ее пусковая установка, а «стены» заданы границами беспрепятственного перемещения этой турбины под действием ветра. Но ведь в воздухе сегодня летают самолеты: частные — на малой высоте, военные, грузовые и пассажирские — на большой, и каждому из них требуется свой воздушный коридор. Система этих коридоров устанавливается в национальном и международном масштабе, и наличие множества «нитей» и самих летающих турбин может создать огромную опасность. В силу этого развитие сети летающих турбин требует сложных диспетчерских расчетов и системы международных соглашений. Поэтому НАСА предполагает провести свои конкурсные испытания уже существующих проектов летающих турбин и проверку проектов их дальнейшего совершенствования в одном единственном месте — на побережье Калифорнии (с тем, чтобы нити проходили над морем) и не выше 600 метров, чтобы не мешать рейсам обычной авиации.

И все же, несмотря на все эти трудности, можно сказать, что план добычи энергии из воздуха начинает обретать реальные очертания. Свой и, возможно, весьма существенный со временем вклад в освобождение мира от нефтяной удавки и опасности глобального потепления летающие ветряки будущего, наверное, внесут.

Кликабельно

Кликабельно 2000 рх

Кликабельно

А вот что случается с ветряками во время эксплуотации.

Доктор физико-математических наук Александр Соловьёв, Кирилл Дегтярёв (Научно-исследовательская лаборатория возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова).

Фото Игоря Константинова.

Промышленная ветровая электростанция, построенная в 1931 году в Крыму, спроектирована в ЦАГИ и была на тот момент крупнейшей в мире - её мощность 100 кВт. Во время Великой Отечественной войны она была разрушена.

Темпы роста установленных мощностей ветроэлектростанций.

Рост установленных мощностей ветроэлектростанций по ключевым регионам. Источник: Global Wind Energy Council.

Высота некоторых ветрогенераторов достигает сотен метров. На фото: установка одной из турбин ветропарка Медвежья Гора (Bear Moun-tain) в провинции Британская Колумбия в Канаде. Одна такая ветроустановка обеспечивает электроэнергией 300 домохозяйств.

Оффшорный ветропарк в Дании близ Копенгагена. Размещение ветрогенераторов в море - неплохое решение проблемы нехватки площадей для строительства мощных ветроэлектростанций. Кроме того, благодаря морскому бризу ветряки работают 97% времени.

Уровень шума от различных источников. Источник: Ермоленко Б. В., Ермоленко Г. В., Рыженков М. А. Экологические аспекты ветроэнергетики // Теплоэнергетика, 2011, № 11.

Годовая оценка смертности птиц в Европе. Источник: European Wind Energy Association, 2010.

Ветер относят к возобновляемым, или альтернативным, источникам энергии. Его преимущества очевидны: ветер дует всегда и везде, его не надо «добывать». Общие запасы энергии ветра в мире оценены в 170 трлн кВт·ч, или 170 тыс. тераватт-часов (ТВт·ч), в год, что в восемь раз превышает нынешнее мировое потребление электроэнергии. То есть теоретически всё электроснабжение в мире можно было бы обеспечить исключительно за счёт энергии ветра. А если вспомнить, что её использование не загрязняет атмосферу, гидросферу и почву, то этот источник энергии и вовсе кажется идеальным. Но, увы, всё имеет оборотную сторону, и ветроэнергетика не исключение.

Использование энергии ветра - давняя история: сколько лет ветряным мельницам и парусным судам? Да и ветроэлектростанции начали строить ещё в начале прошлого века. Следует отметить, что одним из лидеров в этой области в 1930-1950-е годы был Советский Союз. В далёком 1931 году в Крыму, около Балаклавы, была введена в эксплуатацию ветроэлектростанция, которая работала до 1941 года. Во время боёв за Севастополь она была полностью разрушена. Опорную конструкцию ветродвигателя (мачту) построили по проекту Владимира Григорьевича Шухова. Ветроагрегат с колесом диаметром 30 м и генератором в 100 кВт был на тот период самым мощным в мире. Ветроагрегаты в Дании и Германии того времени имели диаметр колеса до 24 м, а их мощность не превышала 50-70 кВт.

В 1950-1955 годах в СССР производилось 9000 ветроустановок в год. Во время освоения целины в Казахстане была построена первая многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизельным двигателем, общей мощностью 400 кВт, ставшая прообразом современных европейских ветропарков и систем «ветро-дизель». Интересный факт приводится в автобиографической трилогии чукотского писателя Юрия Рытхэу «Время таяния снегов». В его родном стойбище Улак электрическое освещение появилось в конце 1930-х годов именно благодаря ветродвигателю, который обеспечивал электроэнергией и соседнюю полярную станцию.

Тем не менее активное развитие ветро-энергетики в мире началось лишь в 70-е годы прошлого столетия. Предпосылками к нему стали обострившиеся экологические проблемы (загрязнение атмосферы из-за работы ТЭС, кислотные дожди и т.д.) в сочетании с ростом цен на нефть и желанием ослабить зависимость западных стран от поставок углеводородов из СССР и стран третьего мира. Нефтяной кризис 1973-1974 годов дал дополнительный стимул ветроэнергетике и вывел вопрос о её развитии на государственно-политический уровень.

Тем не менее отношение к ветроэнергетике было (и остаётся) неоднозначным, - наряду с энтузиазмом присутствовали скепсис и недовольство, в том числе, как ни странно, связанные с экологическими аспектами. Вот один из примеров того, что писала по этому поводу зарубежная пресса в 1994 году: «Возникают и неприятные парадоксальные ситуации, когда люди недовольны строительством ветровых станций и часто блокируют их именно из экологических соображений - группы станций создают шумовое и визуальное загрязнение местности».

Подобные претензии к ветроустановкам звучали, например, в Нидерландах, где ветростанции, по мнению общественности, нарушали традиционный облик территории, да и размещать тысячи турбин в стране с высокой плотностью населения, по мнению критиков, негде.

С тех пор общая установленная мощность ветроэлектростанций в мире выросла в 60-75 раз. Появились огромные конструкции, поднятые на высоту в сотни метров. Мощности отдельных ветрогенераторов достигают нескольких мегаватт, гигаваттные ветропарки сопоставимы с крупнейшими объектами «традиционной» энергетики - тепловой, атомной и гидроэнергетики.

В 2012 году установленная мощность ветроэлектростанций в мире достигла 282 ГВт, что превышает суммарную мощность всех электростанций России и сопоставимо с мощностью всех АЭС на планете. Однако дают они только около 2,4% всей мировой электроэнергии, хотя в отдельных европейских странах, например в Дании или Испании, их доля приближается к 20%. То есть ветроэнергетика так и не стала преобладающей в общей системе выработки электроэнергии в мире. Да и на все остальные возобновляемые нетрадиционные источники энергии, включая энергию приливов и отливов, солнца, геотермальную энергию, пришлось всего 3,7%.

После нескольких десятилетий роста, мощной информационной и финансовой поддержки возобновляемой энергетики картина могла бы быть и более впечатляющей. Ведь в Европе и США производители «зелёной» энергии поддерживаются на государственном уровне. В частности, в портфеле энергосбытовых компаний должна быть обязательная доля энергии возобновляемых источников - только в этом случае гарантируется сбыт. К тому же во многих странах для производителей возобновляемой энергии действуют налоговые льготы. Между тем после бурного роста числа ветровых генераторов энергии в последние полтора десятилетия отмечается его некоторое замедление: в 2011-2012 годах темпы ввода в эксплуатацию установленных мощностей ветроэнергостанций были самыми низкими за последние 16 лет.

Особенно это заметно в Европе. Возможно, подобное замедление связано с разразившимся экономическим кризисом, но вероятна и другая причина - территориальные «ресурсы» Старого Света близки к исчерпанию, то есть ветроэнергоустановки в Европе уже просто негде строить. По данным агентства Bloomberg New Energy Finance, в 2012 году инвестиции в возобновляемую энергетику в мире в целом сократились на 11%, при этом они продолжали расти в азиатских странах. Следует добавить, что 15 лет назад более половины всех ветроэнергетических мощностей мира приходилось на США, затем резко вырвалась вперёд Европа, и в последние годы лидерство захватил Китай.

Хорошо, да недёшево

Ветроэлектростанции явно отстают от АЭС и ГЭС по коэффициенту использования установленной мощности. Если для АЭС он составляет 84%, для ГЭС - 42%, то для ветроэлектростанций - лишь 20%, что обусловлено характером самого источника энергии: ветер дует с достаточной силой далеко не всегда. То есть ветроэлектростанции в 2-4 раза менее продуктивны, чем электростанции традиционных типов, и для получения такого же количества электроэнергии их надо построить в 2-4 раза больше. Это дополнительные площади и материалы, а значит, больший экологический ущерб (в чём бы он ни заключался) в пересчёте на киловатт произведённой электроэнергии.

По информации Российской ассоциации ветроиндустрии (РАВИ), металлоёмкость современного ветрогенератора мощностью 3 МВт достигает 350 тонн. Если ТЭС в 1 ГВт требует площади порядка нескольких гектаров, то под ветропарк такой же мощности приходится отводить уже тысячи гектаров. И хотя на территории ветропарка можно вести и другую хозяйственную деятельность и даже жить, в действие вступают отношения собственности - требуется выкуп либо аренда большого участка земли.

Стоимость строительства ветроэлектростанции порядка 1500-2000 долларов на 1 кВт установленной мощности, что сопоставимо с затратами на строительство АЭС и в несколько раз выше инвестиционных затрат на строительство ТЭС. Агрегаты высокой мощности - с большой высотой мачты и большим диаметром лопастей, работающие в условиях сильных ветров и морозов, нуждаются в повышенной надёжности, а значит, требуют дополнительных затрат на строительство и обслуживание.

Себестоимость 1 кВт электроэнергии, производимой на ветроэлектростанции, тоже в реальности не равна нулю. Европейский опыт показывает, что суммарные эксплуатационные издержки 0,6-1 евроцент на 1 кВт·ч, а для машин со сроком эксплуатации выше 10 лет издержки возрастают до 1,5-2 евроцента на 1 кВт·ч. Соответственно это 24-40 и 60-80 копеек на 1 кВт·ч. Для сравнения, затраты на выработку 1 кВт·ч на ГЭС и АЭС - порядка нескольких копеек, на ТЭС - при нынешнем уровне цен на углеводороды - около 1 руб./кВт·ч.

Так что о «возобновляемости» тех или иных источников энергии приходится говорить с большой долей условности. Ведь на создание энергетических объектов, использующих эти источники, приходится тратить невозобновляемые материалы (в частности, металлы), добыча и обработка которых далеко не всегда экологически безупречны.

Что касается развития крупномасштабной ветроэнергетики, то оно тормозится прежде всего из-за упомянутых выше высокой металлоёмкости, сложности конструкций ветроэнергоустановок, потребности в больших площадях, низкой продуктивности и недостаточной стабильности работы. Кроме того, под угрозой могут оказаться такие стимулы развития ветроэнергетики, как исчерпание запасов углеводородного сырья и антропогенное потепление климата. Есть много данных, что запасы углеводородов велики, а роль человека в глобальном изменении климата, да и само изменение климата - вопросы дискуссионные.

Тем не менее ветер, как и другие альтернативные источники возобновляемой энергии, остаётся относительно перспективным. Правда, по прогнозам специалистов, в ближайшие десятилетия «первую скрипку» в мировой альтернативной энергетике начнёт играть солнечная, а не ветряная энергия. Преимущества солнечной энергетики понятны - это в перспективе более компактные и менее материалоёмкие системы, а солнце - относительно стабильный и предсказуемый источник энергии.

Ветряками - по экологии?

Экологи предъявляют немало претензий к ветроэнергетике. Это создаваемые при работе лопастей шум, инфразвуковые колебания и вибрации, отрицательно действующие на людей, технику и животных. Ветряки не просто нарушают привычные, милые глазу пейзажи, огромные вращающиеся лопасти воздействуют на психику человека. В районе ветропарков перестают селиться животные и птицы. Есть риски, связанные с отрывом лопастей и другими авариями на крупных ветроэлектростанциях. Кроме того, при работе множества ветрогенераторов на больших площадях возможно локальное снижение силы и изменение конфигурации ветров. Дополнительную проблему создаёт необходимость утилизации лопастей, исчерпавших свой ресурс.

Какие из этих недостатков и рисков мнимые и какие реальные, подсказывает двадцатилетний опыт использования энергии ветра в густонаселённой Европе. Так, не подтверждаются опасения, связанные с инфразвуком и работой лопастей, - об этом говорят проведённые оценки уровня шума и смертности птиц, из которых видно, что шум на расстоянии 350 м от ветростанции лишь чуть превышает фоновый. А количество птиц, погибших от столкновения с ветряками, в три с половиной тысячи раз меньше, чем, например, от встречи с кошками.

Конечно, в подобных оценках есть нюанс: многое зависит от числа ветроэлектростанций. При существующем количестве ущерб действительно минимален, но что произойдёт, если ветроагрегатов станет значительно больше?

Кроме того, при сравнительной оценке количества гибнущих птиц надо учитывать, о каких видах идёт речь. Кошки охотятся на воробьиных, а при столкновениях с ветроэлектростанциями на достаточно больших высотах могут гибнуть более редкие и ценные виды пернатых. Не следует сбрасывать со счетов и нарушение миграционных маршрутов птиц.

Тем не менее суммарный экологический ущерб от ветроэнергетики существенно ниже по сравнению с «традиционными» способами генерации энергии. В Европе внешний негативный социально-экологический эффект на 1 кВт·ч произведённой электроэнергии оценён в 0,15 цента для ветроэнергетики, 1,1 цента - для газовых ТЭС и 2,5 цента - для угольных.

Исключение составляет проблема утилизации лопастей ветрогенераторов, выполненных из композитных материалов. Дело в том, что срок службы лопастей 20-25 лет и первые из построенных уже близки к выработке ресурса. Особо остро с этой проблемой придётся столкнуться уже в 2020 году, когда общая масса отработанных лопастей в мире составит 50 000 тонн, а к 2035 году вырастет до 200 000 тонн.

На данный момент используются два основных способа утилизации лопастей, сделанных из стеклопластика: механический и термический. Первый метод предполагает механическое измельчение волокон и гранул, составляющих композитный материал лопастей, которые затем используют в качестве сырья для производства низкосортной продукции. Однако в большинстве случаев выработавшие ресурс турбины подвергают термической обработке, то есть сжигают. Это явно «антиэкологичный» способ утилизации, который тем более абсурдно выглядит на фоне заявлений об «экологически чистой» ветроэнергетике. При этом зольность сжигаемой массы (доля негорючего неорганического остатка в общей массе материала) около 60% и образующаяся зола требует захоронения.

Специалисты РХТУ им. Д. И. Менделеева считают, что для переработки лопастей более перспективен пиролиз (нагревание без доступа кислорода при 500°С). Полученные вещества (пиролизат) можно использовать для производства пеностекла и стеклоблоков, а образующийся при пиролизе газ сжигать для получения электроэнергии.

Российские перспективы

В настоящее время суммарные установленные мощности ветроэнергоустановок в России не превышают нескольких десятков мегаватт, а доля ветроэнергетики в общем объёме производства электроэнергии ничтожна. В то же время реализуются несколько крупных проектов, прежде всего в степных районах юга страны и прибрежных зонах. Вероятно, в ближайшие годы ситуация с ветроэнергетикой может заметно измениться.

Большие пространства, сравнительно низкая плотность населения и хозяйственных объектов существенно снижают экологические риски работы ВЭС в России по сравнению с европейскими странами. Одновременно большие расстояния и слабо развитая транспортная инфраструктура затрудняют развитие ветроэнергетики и создают дополнительные трудности в обслуживании ветроагрегатов и ветростанций.

Другая, достаточно очевидная причина слабого развития ветроэнергетики в России - наличие больших запасов углеводородов, более дешёвого энергетического сырья. Как упоминалось выше, открытие и разработка крупных месторождений нефти и газа лишили СССР, который был когда-то одним из мировых лидеров в ветроэнергетике, стимулов развития в этой области. Тем не менее расхожее мнение, что нам не нужна альтернативная энергетика (и ветроэнергетика, в частности), не имеет под собой оснований. Нефтегазовое изобилие нашей страны не стоит преувеличивать, а нынешний уровень энерговооружённости недостаточен для полноценного социально-экономического развития, что требует поиска новых источников энергии. Российские потребители сталкиваются с дороговизной подключения к энергосетям, и для них выгоднее использовать местные возобновляемые ресурсы, в том числе энергию ветра. Кроме того, более 70% территории нашей страны, на которой проживает около 20 млн человек, находится вне системы централизованного энергоснабжения.

Нельзя сбрасывать со счетов, что наша страна обладает самым большим в мире ветроэнергетическим потенциалом - порядка 40 млрд кВт·ч электроэнергии в год. А это значит, что эксплуатация крупных и особенно малых ветроэнергоустановок на огромных российских пространствах могла бы быть эффективней. Районы Российского Севера, и в частности Обская губа, Кольский полуостров, бо́льшая часть прибрежной полосы Дальнего Востока, по мировой классификации относятся к самым ветреным зонам. Среднегодовая скорость ветра на высотах 50-100 м, для которых производятся современные ветроагрегаты, составляет 11-12 м/с, что вдвое превышает так называемый экономический порог ветроэнергетики, связанный с окупаемостью ВЭС.

Александр Соловьёв, доктор физико-математических наук ,
Кирилл Дегтярёв,
Научно-исследовательская лаборатория возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова
«Наука и жизнь» №7, 2013

Ветер относят к возобновляемым, или альтернативным, источникам энергии. Его преимущества очевидны: ветер дует всегда и везде, его не надо «добывать». Общие запасы энергии ветра в мире оценены в 170 трлн кВт·ч, или 170 тыс. тераватт-часов (ТВт·ч), в год, что в восемь раз превышает нынешнее мировое потребление электроэнергии. То есть теоретически всё электроснабжение в мире можно было бы обеспечить исключительно за счёт энергии ветра. А если вспомнить, что её использование не загрязняет атмосферу, гидросферу и почву, то этот источник энергии и вовсе кажется идеальным. Но, увы, всё имеет оборотную сторону, и ветроэнергетика не исключение.

Использование энергии ветра - давняя история: сколько лет ветряным мельницам и парусным судам? Да и ветроэлектростанции начали строить ещё в начале прошлого века. Следует отметить, что одним из лидеров в этой области в 1930–1950-е годы был Советский Союз. В далёком 1931 году в Крыму, около Балаклавы, была введена в эксплуатацию ветроэлектростанция, которая работала до 1941 года. Во время боёв за Севастополь она была полностью разрушена. Опорную конструкцию ветродвигателя (мачту) построили по проекту Владимира Григорьевича Шухова. Ветроагрегат с колесом диаметром 30 м и генератором в 100 кВт был на тот период самым мощным в мире. Ветроагрегаты в Дании и Германии того времени имели диаметр колеса до 24 м, а их мощность не превышала 50–70 кВт.

В 1950–1955 годах в СССР производилось 9000 ветроустановок в год. Во время освоения целины в Казахстане была построена первая многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизельным двигателем, общей мощностью 400 кВт, ставшая прообразом современных европейских ветропарков и систем «ветро-дизель». Интересный факт приводится в автобиографической трилогии чукотского писателя Юрия Рытхэу «Время таяния снегов». В его родном стойбище Улак электрическое освещение появилось в конце 1930-х годов именно благодаря ветродвигателю, который обеспечивал электроэнергией и соседнюю полярную станцию.

Тем не менее активное развитие ветроэнергетики в мире началось лишь в 70-е годы прошлого столетия. Предпосылками к нему стали обострившиеся экологические проблемы (загрязнение атмосферы из-за работы ТЭС, кислотные дожди и т. д.) в сочетании с ростом цен на нефть и желанием ослабить зависимость западных стран от поставок углеводородов из СССР и стран третьего мира. Нефтяной кризис 1973–1974 годов дал дополнительный стимул ветроэнергетике и вывел вопрос о её развитии на государственно-политический уровень.

Тем не менее отношение к ветроэнергетике было (и остаётся) неоднозначным, - наряду с энтузиазмом присутствовали скепсис и недовольство, в том числе, как ни странно, связанные с экологическими аспектами. Вот один из примеров того, что писала по этому поводу зарубежная пресса в 1994 году: «Возникают и неприятные парадоксальные ситуации, когда люди недовольны строительством ветровых станций и часто блокируют их именно из экологических соображений - группы станций создают шумовое и визуальное загрязнение местности».

Подобные претензии к ветроустановкам звучали, например, в Нидерландах, где ветростанции, по мнению общественности, нарушали традиционный облик территории, да и размещать тысячи турбин в стране с высокой плотностью населения, по мнению критиков, негде.

С тех пор общая установленная мощность ветроэлектростанций в мире выросла в 60–75 раз. Появились огромные конструкции, поднятые на высоту в сотни метров. Мощности отдельных ветрогенераторов достигают нескольких мегаватт, гигаваттные ветропарки сопоставимы с крупнейшими объектами «традиционной» энергетики - тепловой, атомной и гидроэнергетики.

В 2012 году установленная мощность ветроэлектростанций в мире достигла 282 ГВт, что превышает суммарную мощность всех электростанций России и сопоставимо с мощностью всех АЭС на планете. Однако дают они только около 2,4% всей мировой электроэнергии, хотя в отдельных европейских странах, например в Дании или Испании, их доля приближается к 20%. То есть ветроэнергетика так и не стала преобладающей в общей системе выработки электроэнергии в мире. Да и на все остальные возобновляемые нетрадиционные источники энергии, включая энергию приливов и отливов, солнца, геотермальную энергию, пришлось всего 3,7%.

После нескольких десятилетий роста, мощной информационной и финансовой поддержки возобновляемой энергетики картина могла бы быть и более впечатляющей. Ведь в Европе и США производители «зелёной» энергии поддерживаются на государственном уровне. В частности, в портфеле энергосбытовых компаний должна быть обязательная доля энергии возобновляемых источников - только в этом случае гарантируется сбыт. К тому же во многих странах для производителей возобновляемой энергии действуют налоговые льготы. Между тем после бурного роста числа ветровых генераторов энергии в последние полтора десятилетия отмечается его некоторое замедление: в 2011–2012 годах темпы ввода в эксплуатацию установленных мощностей ветроэнергостанций были самыми низкими за последние 16 лет.

Особенно это заметно в Европе. Возможно, подобное замедление связано с разразившимся экономическим кризисом, но вероятна и другая причина - территориальные «ресурсы» Старого Света близки к исчерпанию, то есть ветроэнергоустановки в Европе уже просто негде строить. По данным агентства Bloomberg New Energy Finance , в 2012 году инвестиции в возобновляемую энергетику в мире в целом сократились на 11%, при этом они продолжали расти в азиатских странах. Следует добавить, что 15 лет назад более половины всех ветроэнергетических мощностей мира приходилось на США, затем резко вырвалась вперёд Европа, и в последние годы лидерство захватил Китай.

Хорошо, да недёшево

Ветроэлектростанции явно отстают от АЭС и ГЭС по коэффициенту использования установленной мощности. Если для АЭС он составляет 84%, для ГЭС - 42%, то для ветроэлектростанций - лишь 20%, что обусловлено характером самого источника энергии: ветер дует с достаточной силой далеко не всегда. То есть ветроэлектростанции в 2–4 раза менее продуктивны, чем электростанции традиционных типов, и для получения такого же количества электроэнергии их надо построить в 2–4 раза больше. Это дополнительные площади и материалы, а значит, больший экологический ущерб (в чём бы он ни заключался) в пересчёте на киловатт произведённой электроэнергии.

По информации Российской ассоциации ветроиндустрии (РАВИ), металлоёмкость современного ветрогенератора мощностью 3 МВт достигает 350 тонн. Если ТЭС в 1 ГВт требует площади порядка нескольких гектаров, то под ветропарк такой же мощности приходится отводить уже тысячи гектаров. И хотя на территории ветропарка можно вести и другую хозяйственную деятельность и даже жить, в действие вступают отношения собственности - требуется выкуп либо аренда большого участка земли.

Стоимость строительства ветроэлектростанции порядка 1500–2000 долларов на 1 кВт установленной мощности, что сопоставимо с затратами на строительство АЭС и в несколько раз выше инвестиционных затрат на строительство ТЭС. Агрегаты высокой мощности - с большой высотой мачты и большим диаметром лопастей, работающие в условиях сильных ветров и морозов, нуждаются в повышенной надёжности, а значит, требуют дополнительных затрат на строительство и обслуживание.

Себестоимость 1 кВт электроэнергии, производимой на ветроэлектростанции, тоже в реальности не равна нулю. Европейский опыт показывает, что суммарные эксплуатационные издержки 0,6–1 евроцент на 1 кВт·ч, а для машин со сроком эксплуатации выше 10 лет издержки возрастают до 1,5–2 евроцента на 1 кВт·ч. Соответственно это 24–40 и 60–80 копеек на 1 кВт·ч. Для сравнения, затраты на выработку 1 кВт·ч на ГЭС и АЭС - порядка нескольких копеек, на ТЭС - при нынешнем уровне цен на углеводороды - около 1 руб./кВт·ч.

Так что о «возобновляемости» тех или иных источников энергии приходится говорить с большой долей условности. Ведь на создание энергетических объектов, использующих эти источники, приходится тратить невозобновляемые материалы (в частности, металлы), добыча и обработка которых далеко не всегда экологически безупречны.

Что касается развития крупномасштабной ветроэнергетики, то оно тормозится прежде всего из-за упомянутых выше высокой металлоёмкости, сложности конструкций ветроэнергоустановок, потребности в больших площадях, низкой продуктивности и недостаточной стабильности работы. Кроме того, под угрозой могут оказаться такие стимулы развития ветроэнергетики, как исчерпание запасов углеводородного сырья и антропогенное потепление климата. Есть много данных, что запасы углеводородов велики, а роль человека в глобальном изменении климата, да и само изменение климата - вопросы дискуссионные.

Тем не менее ветер, как и другие альтернативные источники возобновляемой энергии, остаётся относительно перспективным. Правда, по прогнозам специалистов, в ближайшие десятилетия «первую скрипку» в мировой альтернативной энергетике начнёт играть солнечная, а не ветряная энергия. Преимущества солнечной энергетики понятны - это в перспективе более компактные и менее материалоёмкие системы, а солнце - относительно стабильный и предсказуемый источник энергии.

Ветряками - по экологии?

Экологи предъявляют немало претензий к ветроэнергетике. Это создаваемые при работе лопастей шум, инфразвуковые колебания и вибрации, отрицательно действующие на людей, технику и животных. Ветряки не просто нарушают привычные, милые глазу пейзажи, огромные вращающиеся лопасти воздействуют на психику человека. В районе ветропарков перестают селиться животные и птицы. Есть риски, связанные с отрывом лопастей и другими авариями на крупных ветроэлектростанциях. Кроме того, при работе множества ветрогенераторов на больших площадях возможно локальное снижение силы и изменение конфигурации ветров. Дополнительную проблему создаёт необходимость утилизации лопастей, исчерпавших свой ресурс.

Какие из этих недостатков и рисков мнимые и какие реальные, подсказывает двадцатилетний опыт использования энергии ветра в густонаселённой Европе. Так, не подтверждаются опасения, связанные с инфразвуком и работой лопастей, - об этом говорят проведённые оценки уровня шума и смертности птиц, из которых видно, что шум на расстоянии 350 м от ветростанции лишь чуть превышает фоновый. А количество птиц, погибших от столкновения с ветряками, в три с половиной тысячи раз меньше, чем, например, от встречи с кошками.

В материале собраны ответы на наиболее задаваемые вопросы о ветроэнергетике. А именно рассматриваются вопросы: что собой представляет ветроэнергетика, каким образом и сколько можно отобрать энергии от набегающего ветрового потока, конструкции ветроустановок, а также затрагивется тема ветроэнергетики в России.

Поводом для написания данного материала послужили несколько обсуждений в Интернете, где, с одной стороны наблюдался живейший практический интерес участников ресурсов к теме ветроэнергетики, а с другой многие участники распространяли мифы и демонстрировали бытующие заблуждения относительно ветроэнергетики. В нижеизложенном материале, автор надеется ответить на некоторые, наиболее часто задаваемые вопросы и развеять мифы и заблуждения, сопровождающие ветроэнергетику. Материал рассчитан на широкую аудиторию читателей, имеющих элементарные знания по физике и математике.

Изучив материал, читатель не станет высококлассным специалистом в области ветроэнергетики, однако получит начальные знания в этой области, позволяющие свободно владеть основами ветроэнергетики. Читатель узнает о наиболее крупных ветроэлектрических станциях России и их основных характеристиках. Материал изложен по принципу всё о ветроэнергетике в связи со всем (окружающей средой, потребителем и т. п.)

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА

Ветроэнергетика – это отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании кинетической энергии ветрового потока. Энергия ветрового потока относится к возобновляемым источникам энергии и является производной от энергии солнца.

Ветроэнергетика, в широком понимании является древнейшей спутницей человека. Первые свидетельства об использовании энергии ветрового потока для перемола зерна восходят к 200 году до н.э. Становление современной цивилизации в привычном нам виде тоже происходило с участием ветроэнергетики – парусное судно, которое является частным случаем ветроэнергетической установки позволило освоить весь земной шар.

Не смотря на это, современная ветроэнергетика является одной из самых динамично развивающихся отраслей энергетики. В период с 2000 г. до 2009 г. суммарная мощность всех ветроэлектрических установок (ВЭУ) в мире увеличилось в, приблизительно 6 раз и составила порядка 160 ГВт, а по прогнозам World Wind Energy Association (WWEA) к 2020 году может составить 2000 ГВт. При чём, растут как количество ветроэлектрических станций (ВЭС), так и установленная мощность ВЭУ.

Динамика роста единичной мощности ВЭУ и её габаритов

Ветровой поток как ресурс ветроэнергетики

В глобальном масштабе ветровой поток является движением воздушных масс относительно земли, возникающий в атмосфере под действием разности давлений в различных областях. Для энергетического использования ветрового потока необходимо знать удельную кинетическую энергию ветрового потока, т. е. энергию воздушной массы плотностью ρ, кг/м3, имеющей скорость V, м/с:

Зная, что масса 1 м3 воздушного потока, имеющего плотность ρ кг/м3 текущего со скорость V м/с составляет ρ∙V видоизменим формулу:

Так, помня, что плотность воздуха ρ при нормальных условиях 1,225 кг/м3 ветровой поток, имеющий скорость 4 м/с и проходящий через поперечное сечение, площадью 1 м2 обладает энергией ≈ 40 Вт.
Подробнее остановимся на скорости ветрового потока V. Из формулы видно, как сильно значение скорости ветрового потока влияет на мощность (третья степень). На практике это означает, что ошибка в скорости ветрового потока на 10% повлечёт за собой 30% ошибку в мощности, а, следовательно и в выработке энергии. Сюда же добавим непостоянство ветра, давно ставшее притчей во языцех.

Таким образом, важно понимать, что для достоверной оценки потенциальных возможностей применения ветроэнергетики в том или ином месте, необходимо иметь данные ветрового режима в данном месте. Под «местом» здесь можно понимать достаточно большие площади (иногда целые регионы). И если располагать данными о ветровом режиме, собранными на метеостанции, расположенной в нескольких десятках километрах от места, то такие данные можно считать репрезентативными, т. е. достоверными для нашего места.

Ещё одной особенностью ветрового потока, усложняющей определение достоверного значения скорости является его непрерывный и случайный характер. Строго говоря нет никакой возможности точно предсказать какое значение V будет через несколько секунд. Поэтому в ветроэнергетике принято считать, что скорость ветрового потока состоит из двух составляющих – осреднённой и пульсационной. Если в ветроэнергетических расчётах используется скорость ветрового потока V=4 м/c на практике это означает, что реальная скорость ветрового потока в любой момент времени будет колебаться вокруг некоторого значения, близкого к 4 м/c.

И, наконец, если говорить о скорости ветрового потока и месте, то нельзя не отметить, что на значение скорости V будут оказывать существенное влияние местные условия, такие как рельеф, препятствия и «шероховатость» поверхности. Рассматривая ветровой поток в приземном слое (до 200 м над поверхностью земли) как ресурс ветроэнергетики необходимо учитывать, что данные ближайшей метеостанции должны быть применены с учётом местных условий.

Таким образом, можно сделать обобщающий вывод о том, что ресурс ветроэнергетике достался строптивый, не постоянный и существенно подверженный «дурному влиянию» местных условий.

И всё-таки ветроэнергетика

Несмотря на вышеописанные сложности с достоверным определением главного ресурса ветроэнергетики – скорости ветрового потока V мировая ветроэнергетика за 10 последних лет в разы увеличила свои мощности.

Это можно объяснить несколькими факторами. С появлением персональных компьютеров появились и соответствующие программы, стандартизирующие и упрощающие учёт многих факторов, влияющих на скорость ветрового потока на месте. Обладая данными программами, навыками работы с ними, а также достоверной исходной информацией можно, что называется «на коленке» посчитать прогнозируемую выработку ветроэлектрической станции (ВЭС) любой мощности, сложности и конфигурации. При этом не надо опасаться, что прогнозируемая выработка будет сильно отличаться от реальной, будь проект вашей ВЭС реализован. Ещё и 3D в google earth как это будет выглядеть покажет.

Законодателями в этой области компьютерного моделирования стали программы WAsP и WindPro.

В качестве исходной информации по значениям скорости ветрового потока уже давно нет необходимости (хотя и хорошо бы) иметь многолетние наблюдения за скоростью ветра. Для всех крупных регионов уже давно построены вероятностные характеристики, с большой степенью точности показывающие вероятность присутствия того или иного значения скорости ветрового потока. В мировой практике для этого используется двухпараметрическая зависимость Вейбулла.

Кривая вероятности присутствия скорости ветра по градациям

То есть значение скорости ветрового потока V сопровождается вероятностью её присутствия f(V) и вышеприведённая формула определения удельной мощности ветрового потока принимает вид:

ВЭС являются экологически чистыми станциями. Точнее, надо сказать так: ВЭС оказывают принципиально иной спектр воздействия на окружающую среду, нежели традиционные энергоустановки. Для промышленных масштабов производства электроэнергии необходимо занять большие площади – из расчёта примерно 400 м2 на 1 кВт мощности. Это связано с тем, что для нормальной работы всех ВЭУ в составе ВЭС необходимо выдержать некоторые расстояния как между самими ВЭУ (5÷15 диаметров ветроколеса в зависимости от направленности розы ветров) так и между ВЭУ и крупными местными препятствиями. Однако следует отметить, что непосредственно под ВЭУ в составе ВЭС места нужно исходя из размера подъездных дорог и размера фундамента в плане, т.е. не так много, а площади, непосредственно прилегающие к ВЭУ можно задействовать, например для нужд животноводства (пастбища) или растениеводства.

6-ть ВЭУ 2,5 МВт крупнейшей в северо-западном регионе Дании ВЭС

Ещё одной стороной влияния ВЭС на окружающую среду является визуальное восприятие ВЭУ. Здесь есть как субъективность – на вкус и цвет, как говорится, а есть и объективность – попадая на линию солнце-наблюдатель ВЭУ может существенно раздражать органы зрения мелькающими тенями.

Электромагнитные помехи легко устраняются при учёте определенных норм в ходе проектирования ВЭС. Сильный акустический шум у современных ВЭУ присутствует только в непосредственной близости к работающей ВЭУ. Так в 100 м от работающей ВЭУ 2,0 МВт уровень шума составляет 40Дб. Влияние на фауну (убивают птиц) так же присутствует, но в гораздо меньших масштабах, чем может показаться. Так, под колёсам и на лобовых стёклах автомобилей птиц в мире гибнет на порядки больше чем на лопастях ВЭУ.

И, пожалуй, самой главной причиной активного роста мирового интереса к возобновляющимся источникам энергии в общем и к ветроэнергетике в частности является желание частичного и постепенного замещения мощностей традиционной энергетики, основанной на сжигании углеводородов. Так, например в Дании доля ветроэнергетики в энергосистеме страны составляет ~20%, и там есть регионы, в которых относительный баланс выработанной и потреблённой электроэнергии покрывается за счёт ветроэнергетики.

Конструкции ветроэнергетических установок

Трудно найти другую область науки и техники, где было бы зарегистрировано столько же патентов на конструкции ветроэнергетических установок, а в особенности конструкций ветроколёс (ВК). Оставив в стороне от рассмотрения экзотические конструкции ВК, дадим такую укрупнённую классификацию конструкций ВК:

1. Использующие подъёмную силу;
2. Использующие силу сопротивления.

К ВЭУ, использующим силу сопротивление X можно отнести, например парус.
ВЭУ использующие подъёмную силу Y преобладают в мировой ветроэнергетике, т.к. могут развивать линейную скорость конца лопасти (совпадает с направлением действия подъёмной силы Y) значительно больше скорость ветрового потока V. Но об этом чуть ниже.

Прямоугольник аэродинамических сил действующих на крыло

Они, в свою очередь могут быть классифицированы по:

1. ориентации оси вращения ВК;
2. положению ВК относительно всей конструкции.

Различают ВЭС с горизонтальной и вертикальной осью вращения.
Вертикально осевые ВЭУ обладают рядом достоинств, основным из которых является отсутствие необходимости ориентировать ВК на ветер. Однако минусы данных установок гораздо существеннее: необходим начальный момент страгивания (стартовое внешнее усилие для раскрутки ВК), невозможность использования ветрового потока верхних слоёв (до 100 м), сложный комплекс силовых проблем. Поэтому в мировой ветроэнергетике горизонтальноосевые ВЭУ башенного типа преобладают над вертикальноосевыми в соотношении 98 к 2.

Для дальнейшего понимания “кухни” ВЭУ необходимо ввести два важнейших параметра, относящихся к конструкции ВК: коэффициент использования мощности и быстроходность ВК (коэффициент быстроходности).

Коэффициент использования мощности иногда называют критерием Жуковского-Бетца по имени двух учёных, которые теоретически обосновали его предельное (идеальное) значение 0,593. Коэффициент использования мощности часто ошибочно сравнивают с КПД ВК. Это сравнение ошибочно по той простой причине, что ВК, в отличие от, например рабочего колеса паровой турбины использует далеко не весь ветровой поток, приходящийся на его площадь. Часть ветрового потока огибает ВК, в то время как в паровой турбине пару просто некуда деваться. Поэтому, говоря о паровой турбине имеем дело с КПД, а в случае ВК – коэффициенте использования мощности. Таким образом введя понятие коэффициента использований мощности ВК ξ можем рассчитать мощность любой ВЭУ по формуле:

где ξ – коэффициент использования мощности, S – так называемая ометаемая площадь ВК (для горизонтальноосевых ВЭУ – π∙R^2).

Максимальное значение ξ составляет 0,593 для идеального ВК. Для реальных современных ξ лежит в диапазоне 0,38…0,48

Для получения электрической мощности ВЭУ вышеприведённое выражение необходимо ещё умножить на произведение механических (редуктор, подшипники и т п.) и электрических (генератор, трансформатор и т. п.) КПД элементов силового тракта ВЭУ. Обычно для современных ВЭУ суммарный КПД элементов можно принимать в диапазоне 0,90…0,93

Быстроходность ВК Z определяется как отношение линейной скорости конца лопасти Vл к скорости ветрового потока V.

Типовые зависимости коэффициента использования энергии ветра ξ от быстроходности ВК Ζ: 1 – идеальное ВК; 2,3 и 4 – двух-, трех- и много-лопастные горизонтальноосевые ВК; 5 – ротор Дарье (вертикальноориентированное ВК, использующее подъёмную силу); 6 – ротор Савониуса (вертикальноориентированное ВК, использующее силу сопротивления); 7 – четырехлопастное деревянное ВК мельницы.

Быстроходность важна тем, что для получения электрического тока приемлемого качества (~50Гц) необходимо что бы быстроходность ВК была как можно больше. Больше линейная скорость конца лопасти, т. е. больше частота вращения ВК, т. е. больше число оборотов генератора, т. е. ток, вырабатываемый этим генератором ближе к желаемым 50 Гц. На практике недостающие обороты, помимо быстроходности «добирают» применением редукторов (коробки передач, повышающей число оборотов на валу генератора), применения многополюсных генераторов, использованием электрических схем повышающих частоту переменного тока и т. п. Однако быстроходность всё равно остаётся определяющим понятием для выбора типа ВЭУ.

Теперь, оперируя этими двумя важными параметрами и глядя на вышеприведённый график можно рассуждать о том, почему же в современной ветроэнергетике в подавляющем большинстве случаев применяют трёхлопастные горизонтальноосевые башенные ВЭУ, использующие подъёмную силу. Взгляните на график. ВК использующие подъёмную силу имеют бОльший коэффициент использования мощности, чем использующие силу сопротивления при достаточно большом коэффициенте быстроходности. Башенные – потому что позволяют использовать ветровой поток на высоте 100 м от земли, горизонтальноосевые по тем же причинам (наилучшее соотношение Z с ξ). А вот с тремя лопастями вопрос остаётся открытым. Казалось бы, двухлопастные ВК имеют наилучшее соотношение Z с ξ , а применяются крайне редко. Точнее в «большой» ветроэнергетике вообще практически не применяются. Причин две: при слишком высоком Z может возникнуть такая ситуация, когда конец лопасти уйдёт в так называемый флаттерный режим при превышении скорости звука (~340 м/с); двухлопастные ВК подвержены сложным динамическим нагрузкам (биение) связанным с двухполюсностью (по числу лопастей) ВК. В то время как трёхлопастные ВК более равномерно распределяют нагрузки от лопастей на три полюса.

С другой стороны, становится понятным, почему для получения механической энергии (момент на валу) при, например подъёме воды из колодца – вспомните голливудские вестерны, где на заднем плане маячит высоко поднятая на столбах ёмкость с водой, а рядом с ней ветряк – используются многолопастные ВЭУ. При неплохом ξ он имеет крайне низкий Z, т. е. вращается крайне медленно, но, по закону сохранения момента количества движения с максимально возможным для ВЭУ усилием.

Экономика ветроэнергетики

Стоимость 1 кВт установленной мощности ВЭУ ~1000$ (для сравнения в 80-е годы это было ~4000$). Стоимость 1кВт ч электроэнергии, выработанной установки составляет ~0,10$ (для сравнения в те же 80-е это было ~0,40$). Учитывая дороговизну, как самой установки, так и выработанной с её помощью электроэнергии можно сделать совершенно однозначный вывод: без поддержки государства ветроэнергетика в современном её состоянии обречена на коммерческий провал. Это подтверждают все страны, где ветроэнергетика датируется из государственных средств. Это усугубляется ещё и тем, что ни одна электрическая система в здравом уме не захочет брать электроэнергию, выработанную с помощью ВЭС. Дело в том, что ВЭУ вырабатывают некачественную энергию (см. выше рассуждения о частоте тока). Требуется комплекс достаточно серьёзного оборудования для исправления данной ситуации. Глядя на пульт мониторинга, показывающий выработку конкретной ВЭУ диву даёшься тому, что видишь. ВЭУ, подключенная в сеть при нестабильных или низких ветрах не только иногда даёт но и иногда ПОТРЕБЛЯЕТ электроэнергию из энергосистемы для поддержания собственной частоты вращения генератора. Это ад для любой электросистемы. Поэтому в той же Дании опытным путём пришли к выводу, что ветроэнергетика не должна превышать ~20% мощности всей их электросистемы. Выше этой цифры ветроэнергетика становится откровенно вредна для электросистемы страны.

Но даже для датируемой государством ветроэнергетики существует критический для коммерческого внедрения параметра – коэффициент использования установленной мощности (именно на него опирается срок окупаемости ВЭС). Его ещё часто дублируют числом часов использования. Данный параметр показывает какую долю (или сколько часов) от суммарного числа часов в году (8760 ч.) ВЭС будет вырабатывать электроэнергию. Если этот параметр слишком низкий <20% то срок окупаемости такой ВЭС будет измеряться десятилетиями. Для коммерческого успеха ВЭС коэффициент использования установленной мощности должен быть как можно выше. Так, например вышеупомянутая датская ВЭС имеет это параметр близким к 0,56, т. е. более половины количества часов в году она приносит прибыль своему владельцу.

Ветроэнергетика в России

По данным на 2005 год установленная мощность крупных ВЭС в России составляла около 13 МВт. Самой мощной на тот момент считалась ВЭС в Калининградской области, введенная в строй в 2002 году (первая установка - в 1999 г.) и состоящая из 21 установки, переданной в дар властями Дании. Её суммарная мощность составляет 5,1 МВт.

Табл. 1 Технико-экономические показатели работы ВЭС в 2005 году (по данным ФСГС Росстата)

Обратите внимание на ужасные, с коммерческой точки зрения показатели числа часов использования.

Ещё одна ВЭС, которая обязательно будет построена к саммиту АТЭС 2012 года это Дальневосточная ВЭС мощностью ~36 МВт. Таким образом ДВ ВЭС станет самой крупной у нас в стране. Есть, правда у ООО «Русгидро» планы к 2015 году построить Волгоградскую ВЭС мощность 1 ГВт, но это пока только планы.
Вот некоторые предполагаемые характеристики ДВ ВЭС:
Местонахождение: о. Русский и о. Попова, Приморский край;
Средняя многолетняя скорость ветра 5,7 м/с;
Максимальная наблюденная скорость ветра 39 м/с;
Преобладающее направление ветра: северное;
Установленная мощность ветроэлектрической станции: ~36 000 кВт;
Единичная мощность ветроэнергетической установки: ~2 000 кВт;
Количество ветроэнергетических установок: 16…18;

Табл. 2 Модели предполагаемых ВЭУ

Фундамент: монолитный железобетонный, круглый мелкого заложения;
Диаметр: на скальных грунтах 20,4 м, на нескальных – 25,8 м;
Глубина заложения: на скальных грунтах 1,5 м, на нескальных – 2 м;
Годовая выработка: ~88 500 МВт×ч;
Коэффициент использования установленной мощности: 0,27;
Число часов использования: 2340;
Капитальные вложения ~2 800 000 тыс. руб.;
Удельные капитальные вложения: ~74 тыс. руб./кВт×ч;
Себестоимость электроэнергии: 1,80 руб./кВт×ч;
Показатели эффективности при тарифе на электроэнергию 7,5 руб/кВт×ч:
Простой срок окупаемости 5,5 лет;
Дисконтированный срок окупаемости 8,5 лет;
Чистый дисконтированный доход 1 560 000 тыс. руб;
Индекс доходности 0,56;
Внутренняя норма доходности 17,5 %

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С одной стороны ветроэнергетику стали интенсивно внедрять в электросистемы не от хорошей жизни. С другой стороны сложно придумать более доступный и неисчерпаемый источник энергии, которым грех не воспользоваться. Для нашей страны ветроэнергетика весьма актуальна по той простой причине, что существует огромное количество сёл и деревень без централизованного электроснабжения. Однако важно понимать, что сама по себе ветроустановка не решает проблемы электроснабжения в целом. Сама установка это лишь видимая часть айсберга. К ветроустановке необходимо огромное количество оборудования для повышения качества электроэнергии, оборудования для резервирования и дублирования. Вообще, если говорить о перспективах ветроэнергетики, то автору материала они видятся в её комплексном использовании с другими ВИЭ. Так, например Волгоградская ВЭС планируется к работе не «сама по себе», а в комплексе с Волгоградской ГЭС в качестве гидроаккумулятора. Грубо говоря, ветер будет экономить воду водохранилища.

Гидроаккумулятор в Миссури (Taum Sauk)

Конечно в данном материале «за скобками» осталось огромное количество специфических вопросов по ветроэнергетике. Но, на взгляд автора уже написанного должно хватить, что бы качественно оценить сильные и слабые стороны применения ветроэнергетики.

Январь 10, 2017 / Ольга Шейдина, Редактор

Несмотря на всю кажущуюся благополучность, развитие потребительской цивилизации в современном виде завершается. Такого бездумного и агрессивного поведения не выдержит ни экология, ни сам человек. Об этом уже во весь голос «заявила» мировая геополитическая обстановка. Даже борьба за энергетические ресурсы стала блеклой на фоне тотальной нехватки натуральных продуктов питания и воды. И, к сожалению, для миродержцев, запасы нефти и газа, скорее всего, уже заканчиваются. Ученые прилагают максимум усилий для поиска альтернативных источников энергии. Особое внимание уделено

Сентябрь 13, 2016 / Ольга Шейдина, Редактор

В первой части повествуется о том, как наши предки использовали силу ветра, как смогли при помощи него получать электроэнергию. В настоящее время ветряная энергетика успешно развивается во многих странах. Для успешного функционирования ВЭС важно правильно найти местность, которое характеризуется постоянными ветряными потоками, обладающими достаточной силой. Также в первой части были перечислены преимущества ветряной энергетики, среди которых выделяются возобновляемость, экологичность, безопасность и для природы и для здоровья человека, низкая стоимость.

Недостатки ВЭС

Однако наряду с преимуществами

Сентябрь 06, 2016 / Ольга Шейдина, Редактор

Объяснить значение слова «ветер» большинство современных людей смогут только на бытовом уровне, совершенно не углубляясь в его физические характеристики, поскольку это сложно для непосвященных в секреты сложнейшей отрасли «физика». Однако многие в последние годы уже заметили, что слово «ветер» сопровождается еще и экономическим толкованием, поскольку это природное явление позволяет получать возобновляемую энергию, которая к тому же имеет и невысокую стоимость. Ветроэнергетика способна успешно конкурировать и с другими разновидностями возобновляемой энергии, к которым относятся энергия солнца

Август 16, 2016 / Ольга Шейдина, Редактор

В настоящее время отношение к ветроэнергетике и подходы к ее использованию стали претерпевать изменения, при этом специалисты акцентируют внимание, что все они направлены исключительно в лучшую сторону. Альтернативная энергия, в качестве которой выступает ветроэнергетика, увеличивает мощности, заметно опережая другие энергетические отрасли. Данные утверждения подкрепляются фактами, содержащимися в отчетах Европейской ассоциации ветроэнергетики.

За последние два года количество ветроустановок увеличилось более, чем на 6%.

Ветроэнергетика –альтернативная энергия, ее перспективы

В настоящее время в странах Европейского Союза количество

Май 19, 2016 / Ольга Шейдина, Редактор

Ветряные генераторы – устройства, которые молниеносно приобретают широкую популярность. В первой части были перечислены недостатки и преимущества ветрогенераторов с горизонтальным и вертикальным расположением оси. Ветряные генераторы являются успешным примером применения возобновляемых источников электроэнергии.

Мультипликатор

Большее КПД удается получить при частоте вращения лопастей свыше 1000 оборотов в минуту, тогда как самое быстрое ветряное колесо способно самостоятельно развить скорость около 400 оборотов в минуту.

Специалисты, основываясь на этих непреложных фактах, оснастили ветрогенераторы специальными механизмами, способными увеличить коэффициент

Май 11, 2016 / Ольга Шейдина, Редактор

Энергетическая отрасль успешно развивается, находя новые источники получения электрической энергии. В последнее время акцент делается на активном использовании именно возобновляемых источников. С успехом можно было на протяжении нескольких последних лет наблюдать целое поле ветряков, способных вырабатывать электричество для нужд целого города. Но такими же ветряками можно обеспечить электроэнергией целенаправленно фермы, частные владения, а также автодороги, пешеходные дороги и уличные фонари.

Ветрогенераторы в России приобретают в последнее время особую популярность, поскольку в некоторых регионах страны применение

Февраль 09, 2016 / Ольга Шейдина, Редактор

Ветроэнергетика – изобретение современности, которое пока что для многих остается незнакомым. Многие убеждены, что для ее производства требуются огромнейшие ветротурбины, оснащенные тремя лопастями, расположенные на высоких холмах на удалении от населенных пунктов. На самом деле, освоение энергии, получаемой благодаря ветру, чрезвычайно разнообразно, и не замыкается только в использовании ветряных ферм.

Применение ветротурбин

Инженерная мысль настолько динамична, что порою очень сложно отслеживать все новшества, появляющиеся в энергетической области. Уже не удивляют автотранспортные средства, работающие на основе

Январь 12, 2016 / Ольга Шейдина, Редактор

Все этапы эволюции нынешней электроэнергии, произведенной только на основе ветра – это этапы, связанные с увеличением габаритов и мощности устройств для получения электрической энергии. На сегодняшний момент все ученые убеждены в том, что расходы на техническое переоснащение и стоимостное выражение производства электричества посредством ВИЭ непременно обязаны снижаться и в будущем, а затруднительность и высокая цена добывания ископаемого топлива только увеличиваться. В результате чего мировая цена электричества, которое получается за счет ветряных электростанций, будет значительно ниже

Октябрь 13, 2015 / Ольга Шейдина, Редактор

Ветряные электростанции – это установки, являющиеся альтернативными источниками электричества, не вредящие природе и имеющие красивый вид.

Многие на одиночный ветрогенератор говорят – «электростанция», но это – путаница в понятиях. На самом деле ветровой электростанцией называется группа ветрогенераторов, находящихся недалеко друг от друга. Их также называют ветряными фермами.

В состав наиболее крупных ферм могут входить 100 и более ветрогенераторов.

Их название говорит само за себя – для работы установок необходим ветер. Их монтируют там, где скорость

Март 19, 2015 / Ольга Шейдина, Редактор

В начале 90-х годов прошлого века в Дании установили первую вне береговую электрическую систему по использованию энергии ветра. Перспективность данного направления развития энергетики побудило Датское энергетическое агентство в 1997 году разработать новую программу по созданию целого комплекса морских ветрогенераторов.

Через десять лет датчане пересмотрели планы в сторону корректировки мощности систем, которая достигла 4,6 МВт, что перекрывает внутреннее потребление страны. Работа на внешний рынок позволила начать активное строительство современных ветрогенераторов мощностью до 450 КВт, на удалении

Декабрь 23, 2014 / Ольга Шейдина, Редактор

Строительство оффшорных электростанций ведется в тех регионах, где очень высокий средний показатель скорости ветра за год. От этого зависит эффективность таких энергетических объектов.

Сегодня альтернативные источники энергии все больше пользуются популярностью во всем мире. Ветроустановки сегодня доказали свою эффективность и рентабельность при производстве электрической энергии в Голландии и Германии, которые уже не одно десятилетие используют энергию ветра для производства электроэнергии.

Ноябрь 25, 2014 / Ольга Шейдина, Редактор

В мире постоянно ищут альтернативные источники добычи электроэнергии. Одним из таких источников стало использование кинетической энергии потока ветра, которое получило название ветроэнергетика. Преимущество этого вида добычи в том, что энергия ветра - возобновляемый ресурс и относится к энергии Солнца.

Это один из старинных способов выработки энергии. В исторических документах первые упоминания сводятся к тому, что начиная с 200 лет до нашей эры люди стали использовать ветер для перемалывания зерна. Также к развитию ветроэнергетики можно отнести

Сентябрь 30, 2014 / Ольга Шейдина, Редактор

На сегодняшний день энергия ветряной стихии стала очень популярной среди других источников. Она свободно конкурирует с ними и постоянно улучшает свое качество, обеспечивая потребности населения с каждым годом все эффективнее. Особенно позитивные изменения произошли при открытии специальных плавающих турбин, работающих при помощи ветра. Первым ученым, который выдвинул данную гипотезу, был профессор У. Иеронимус, работающий в Университете Массачусетса. Идея была воплощена в жизнь через создания первой такой ветряной электростанции на море Италии в 2008 году. Она

Сентябрь 01, 2014 / Ольга Шейдина, Редактор

Ветроэнергетика (англ. wind power) является одним из «подразделений» альтернативной энергетики, подразумевающим разработку средств, а также способов, направленных на превращение ветровой энергии в электро-, тепло-, либо механическую энергию.

Достоинства у ветроэнергетики те же, что и у всех остальных отраслей альтернативной энергетики. К ним относятся небольшие затраты на содержание специальных приспособлений, возобновляемость, экологичность. Что касается минусов, к ним можно отнести, к примеру, шум. Ветроустановку и жилой дом должно разделять не менее, чем триста метров. Что касается внешнего

Июнь 03, 2014 / Ольга Шейдина, Редактор

Патрик Виллемс, ведущий Программы IFC по внедрению возобновляемой энергетики на территории России рассказал об экономической эффективности проектов ВИЭ на Дальнем Востоке, об их значении для всей страны. По информационным агентствам в конце февраля прошла новость, что ОАО «РАО Энергосистемы Востока» заключило договор с Хабаровским краем. Такие соглашения ранее были подписаны с Приморьем, Якутией и Камчатским краем.

Договора подписываются под прикрытием программы «РАО Энергосистемы Востока» по возведению объектов возобновляемой энергетики. Ведущие эксперты отрасли утверждают, что конкретно

Март 24, 2014 / Ольга Шейдина, Редактор

Место под солнцем. Обычно гелиоустановки располагают на крышах и фасадах экодомов, смотрящих на юг, юго-запад или юго-восток. У проектировщиков есть понятие – энергетическая крыша. Оптимальная направленность зависит от рельефа местности, климата, характера затененности и т.д. Площадь ограждающих конструкций южной, западной и восточной направленности, кроме окон, в принципе, может быть полностью заполнена гелиоприемниками. Их можно устанавливать и неподвижно, и на трансформируемых и подвижных платформах, которые позволяют менять их конфигурацию и ориентацию в зависимости от местоположения Солнца.

Январь 07, 2014 / Ольга Шейдина, Редактор

Итак, продолжаем рассматривать положительные и отрицательные стороны ветроэнергетики для экономики в целом и для простого населения. Развитие ветроэнергетики в Германии сегодня идет по пути гигантомании. Башни строят все выше и выше, с лопастями все больше и больше. Природе наносится все больший ущерб, а для обычных людей создается все больше неудобств, и людям приходится жить рядом с этими «монстрами». На самом ли деле так хороши современные ВЭУ, предлагаемые производителями «зеленой энергии», которые вроде бы и берегут

Январь 06, 2014 / Ольга Шейдина, Редактор

Ветряные двигатели пропеллерного типа горизонтального вращения по праву сегодня считаются самыми эффективными ветряными двигателями. Именно они применяются в широкомасштабном производстве ветроэнергетических установок по всему миру. На самом деле, коэффициент использования ветряного потока этих ветряных двигателей намного выше, чем у ветряных двигателей вертикального вращения любых модификаций и типов.

Для изготовления ВЭУ нет сомнений в грамотности выбранного типа ветряных двигателей ни у производителей ВЭУ, ни у экспертов по ветроэнергетике. Но являются ли выпускаемые сегодня ВЭУ продукцией 21

Декабрь 17, 2013 / Ольга Шейдина, Редактор

В современной мировой ситуации обостряются противоречия между главными участниками рынка. Взаимоотношения между транзитерами, производителями и потребителями энергетических ресурсов, сложившиеся в конце ХХ века, уходят в прошлое. Имеющиеся механизмы регулирования энергетического мирового рынка работают все хуже, конкуренция между потребителями обостряется.

Основными потребителями энергетических ресурсов являются развивающиеся страны Азии и высокоразвитые державы, основной объем мировых запасов углеводородного сырья находится в относительно небольшой группе стран с переходной экономикой и развивающихся стран. Крупные потребители, например, ЕС, США и Китай

Сентябрь 18, 2013 / Ольга Шейдина, Редактор

Инвестирование финансовых средств в ветроэнергетику становится по всему миру популярным, увеличивается количество проектов по созданию ветропарков в России. На форуме «Атомэкспо-2012» озвучено, что к середине 2012 года в России уже существовало проектов ветряных электростанций общей мощностью 10 Гигаватт.

Курганская ВЭС

Это один из самых поздних проектов. План возведения самого крупного ветропарка в России – в Курганской области рядом со степями Казахстана. Мощность ветряного парка должна составить 50 МВт. Сегодня ведутся необходимые измерения данных ветра, а

Февраль 27, 2013 / Ольга Шейдина, Редактор

Конечно, если есть возможность, то можно заказать или изготовить отдельные части ветрогенератора, учитывая надежность и минимальный вес. Но это неоправданно, поскольку, например, если лопасти будут сделаны из стеклопластика, то они будут прочные и очень легкие, но если они все-таки сломаются, то в походных условиях они ремонту подлежать не будут, а металл только прогнется, после чего его можно будет выпрямить. То же самое можно сказать о других частях. В полевых условиях самым главным является ремонтопригодность и

Февраль 26, 2013 / Ольга Шейдина, Редактор

Для чего нужен такой слабый походный ветрогенератор? Ответ – для обеспечения себя некоторым количеством энергии для освещения в автономных условиях, для питания и зарядки портативной электроники (телефон, фонари, радио и т.д.).

Высчитав потребности в электроэнергии в сутки в подобных условиях (35-60 ватт в сутки), были предприняты усилия для поиска девайса, который бы мог давать стабильно это количество энергии. Перебрано множество доступных и простых вариантов, и ветрогенератор оказался наиболее доступным, простым и надежным вариантом.

Изначально были

Февраль 05, 2013 / Ольга Шейдина, Редактор

Уже прошло 10 лет с тех пор как компания Siemens не стала заниматься развитием ядерной энергетики, а стала развивать отрасль ветроэнергетики. Почему было принято именно такое решение? Неужели Siemens считает, что у ядерной энергетики нет будущего?

Нет, это не так, но все же Siemens хочет заниматься развитием экологических технологий. У компании Siemens имеется большое «зеленое» портфолио. Так в 2011 году стоимость всех экологических проектов компании Siemens составило 29,9 млд. Евро, и огромная часть всех этих

Январь 31, 2013 / Ольга Шейдина, Редактор

Всем известна важность птиц для равновесия экосистем. Но пернатые не менее важны и для сельского хозяйства. Без уничтожения комаров и сельхозвредителей, являющихся переносчиками лихорадки Денге, положение с производством в области пищевой индустрии и со здоровьем населения в целом было бы гораздо хуже.

Еще в 1980- ходах высказывались опасения, что ветряки наносят невероятный урон популяции птиц. К сожалению, прогресс ветряных турбин усугубил данные опасения. В 80-х годах размах лопастей ветряка средних размеров составлял 15 м, а

Декабрь 28, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

История применения энергии ветра человеком идет из глубокой древности. Самые первые упоминания об этом возникли около 1000 лет до нашей эры. Считается, что история ветряных мельниц западных стран ведется с первого документального возникновения датской или европейской ветряной мельницы в 1180 году в Нормандии. Скорее всего, что ветряные мельницы попали в Европу из Персии через средиземноморские страны.

Самым известным ранним типом данного устройства является персидская мельница, которая представляла собой элементарное устройство с вертикальным ротором. В Западной

Декабрь 27, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Продолжаем рассматривать возможности обустройства автономного электроснабжения частного дома. Применение преобразователей постоянного напряжения в напряжение переменное – инверторов для питания сети переменным током - доставляет больше проблем, чем пользы. Это объясняется тем, что инверторы, выпускаемые сейчас, выполнены с увеличением напряжения с 12/24 до 220 вольт. Поэтому сохранять энергию придется только в автомобильных АКБ, несмотря на все их недостатки.

Эти инверторы на необходимую мощность будут очень дорогими, и они не выдерживают работы на произвольную нагрузку (холодильник, например),

Декабрь 25, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Сегодня многие стремятся построить дом за городом и проводить там как можно больше времени. Энергетика приборов при этом слабо развивается, оборудование находится в изношенном состоянии, провода могут украсть, а отключения на неопределенный период времени стали привычными.

Скорее всего, прогноз развития ситуации будет пессимистическим – положение только ухудшится, а электроэнергия подорожает. В данной статье мы предлагаем вариант осуществления автономного электроснабжения дома, материал обращен к тем, кто не желает ждать «у моря погоды», к единомышленникам.

Задача автономного

Декабрь 19, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Парусные ветряные установки при массовом внедрении их в сельской местности могли бы решить многие проблемы, которые возникают все чаще из-за плохого управления энергетическими ресурсами России.

В сельской местности часто случаются грозы, при которых в благоустроенных домах отключается электрическая энергия, одновременно часто сгорают моторы водокачки. Людям часто приходится до суток или дольше жить без электричества, холодной и горячей воды, света. Хорошо, у кого есть газ. Если бы был ветряк на 10-20 кватт на крыше многоквартирного дома,

Декабрь 18, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

У лопастных ветряков большой мощности система управления меняет направление флюгера, если в измененном направлении ветер дует со скоростью 15 м/секунду и выше. Если воздушный поток будет менять свое направление с перерывом менее 15 секунд, то ветряной генератор не будет изменять своего направления. Значит, лопасти могут перестать вращаться. И в случае, если направление ветра будет меняться с перерывом более 15 секунд, то нет гарантии, что после поворота ветряка к этому моменту ветер будет дуть в этом

Декабрь 17, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Без электрической энергии невозможна деятельность ни отдельного человека, ни в целом человечества. Любая деятельность, по сути, является экономической деятельностью, так как экономика является процессом обмена порциями энергии между людьми или их информационными отражениями в образе так называемой стоимости, так как стоимость – это информация об израсходованной энергии на производство услуги или товара. Потребление тепловой и электрической энергии во всем мире в течение последних 30-35 лет удваивается каждые 10 лет. Это подтверждает то, что экономическое и

Ноябрь 22, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Ветер обладает огромным потенциалом. Мощные ветряные фермы обустраивают обычно в тех местах, где они будут работать наиболее эффективно, там, где ветер дует постоянно с максимальной силой. Альтернативный подход – предоставление чистой энергии удаленным потребителям, мачты с турбинами в этом случае строят рядом с теми местами, где существует недостаток энергии.

Но и в том, и другом случае, когда речь идет не только о самых маломощных генераторах, необходимо строительство стационарного сооружения, что требует некоторого времени. Ветряная мобильная

Ноябрь 21, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Получение электрической энергии от ветросиловых установок является заманчивой идеей, но ее осуществление связано со значительными техническими сложностями. Главным затруднением является непостоянство ветряных потоков. Кроме того, электрический ток для использования на практике должен характеризоваться постоянным напряжением; при изменении частоты и напряжения тока, в результате определенного колебания числа оборотов ветряного двигателя, требуются специальные механизмы для регулировки числа оборотов генератора.

Ветряные установки, которые предназначены для получения электроэнергии, называются ветроэлектрическими установками. Они подразделяются согласно назначению на специальные ветроэлектрические установки

Октябрь 29, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Еще совсем недавно здравый смысл подсказывал, что, поскольку мы практически подошли к теоретическому пределу возможностей ветряной турбины, то можно считать, что энергия ветра – зрелая технология.

Но в Калифорнийском технологическом институте специалисты пересмотрели некоторые основные положения, которыми в последние 30 лет руководствовались энергетики.

Сегодня исследователи убеждены, что повысить эффективность работы ветряных электростанций можно путем нового подхода к дизайну. Надо всего лишь располагать ветрогенераторы как можно ближе друг к другу.

А совсем недавно считалось, что движению

Август 29, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Люди, которые живут рядом с ветровыми турбинами, опасаются за свое здоровье. Это может стать препятствием для Северной Ирландии на пути развития на ее территории только чистой энергетики.

Эксперты в области возобновляемых источников энергии утверждают, что Северная Ирландия является идеальной страной для наиболее полного извлечения волновой и ветряной энергии, и это даст ей возможность сократить уровень импортируемых энергоресурсов. Но Нина Пьерпонт, ведущий педиатр Нью-Йорка, представляет результаты исследований, которые могут заставить задуматься над безопасностью сооружения ветроэлектростанций.

Август 21, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Комитет сената США по природным ресурсам и энергии планирует издать закон, обязывающий в 2020 году производителей электроэнергии в США добиться того, чтобы 10% электричества в стране было произведено при помощи «чистых» электростанций – применяющих энергию ветра, солнца, биомассы, воды и т.д. Но нет гарантий, что данный закон воплотится в жизнь (даже если он будет принят).

В США в 2002 году было получено 4685 МВт электрической энергии на базе ветроэнергетики (около 1% всего электричества, полученного в

Июль 26, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Ветроздания логично располагать на возвышенностях и не окружать высокой растительностью. Кровли данных строений должны быть скатными, тогда они будут играть роль конфузора – дополнительного концентратора потока ветра.

Относительно потребления энергии ветроздание не уступает пассивному дому. Такому дому тепловая энергия требуется в количестве не больше 15 кВт/ч на метр квадратный в год, а потребность в первичной энергии полностью не превышает 120 кВт/ на метр квадратный в год.

Концептуальные наметки

Эскизы ветрозданий в качестве комплексных архитектурно-дизайнерских объектов

Июль 25, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Есть возможность вырабатывать электроэнергию при помощи ветроэнергетических установок, установленных на здания. В качестве ветрогенераторов для дома подходят лучше всего маломощные модели – не более 100 киловатт.

Британские успехи

Лидером среди европейских стран в области малой ветряной энергетики является Великобритания. По информации ведущей специализированной британской ассоциации в сфере возобновляемой энергии RenewableUK в 2010 году предприятия страны смонтировали 2853 ветряные установки, мощность которых по отдельности не превышает 100 киловатт (до кризиса в 2009 году - 3280). С

Июль 03, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Использование в холодных климатических областях энергии ветра имеет три выгодных момента. Во-первых, плотность холодного воздуха выше, чем у теплого, поэтому выработка энергии здесь выше при той же скорости.

Во-вторых, областям с холодным климатом характерен высокий удельный расход электрической и тепловой энергии.

В-третьих, в данных областях очень высокие цены на электроэнергию и тепло, получаемые на электростанциях и в котельных на базе угля, дизельного топлива или мазута.

Перечисленные предпосылки выступают стимулом для внедрения ветряной энергетики в энергетические

Июнь 29, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Большая часть территорий Земли, населенных людьми, расположена в регионах с холодным или полярным климатом. Крайний север Азии, Европы, Северной Америки, горные районы всего мира, крайний юг Патагонии, Антарктида полностью относятся к такими территориями.

Общая особенность климата данных регионов – зима продолжительностью до 300 дней в году, с морозами и снегом, морозы здесь достигают -35-50°С. За короткий летний период температура только иногда достигает +20°С. На этих территориях дуют устойчивые и сильные ветра, тем более зимой и

Июнь 05, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Даже при наличии надежной электросети приобретение ветрогенератора экономически выгодно, конечно, если для него есть соответствующие природные условия (ветра с достаточной скоростью).

Средняя стоимость электрической энергии в центральной России, в наиболее густонаселенном районе страны составляет 3,5 рубля за киловатт/час. Например, потребляя 200 кВт/ч в месяц вы платите 700 рублей ежемесячно или 8400 рублей в год. Также не нужно забывать про инфляцию. Скорее всего, через 10 лет цена за 1 кВт/ч будет составлять не менее 7-9 рублей.

Апрель 27, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Наиболее распространенным вариантом применения ветряков является выработка электроэнергии. Кажется, что может быть проще, чем сделать ветряк, насадить на него ось электрогенератора и готово! Можно пользоваться электричеством!

Но не все так просто. Рассмотрим, почему.

Все ветряные установки или ветряки приводятся в действие, т.е. начинают вращаться при помощи силы ветра. От мощности потока ветра зависит то, какое количество энергии мы сможем получить от генератора.

Следующей важнейшей характеристикой ветряной установки является КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра. У

Апрель 16, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Жизнь на даче или в собственном доме – удовольствие, но иногда она сопряжена с определенными неудобствами. Какими? Например, вдруг пройдет снегопад или гроза, подует сильный ветер – и снова в поселке отключается свет. Знакомая картина?

Домовладельцы начинают доставать свечи из закромов или, в лучшем случае, фонарики, освещают вечером дом и ложатся спать. Некоторые люди, которые сильно верят в работников электросетей, продолжают оставаться перед телевизором, надеясь, что он снова заработает, но практика показывает, что обычно электричество

Март 29, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Чтобы привести в действие современный ветрогенератор, нужно, чтобы сила ветра достигала 3-25 метров в секунду. На мощность ветряка влияет охват пространства его лопастями (площадь данного пространства). В качестве примера приведем турбины ветряка мощностью 3 МВт. Их высота – 115 метров, башня – 70 метров, а диаметр лопастей – 90 метров. Ветровые генераторы с тремя лопастями стали популярны во всем мире, по сравнению с более редкими двухлопастными генераторами.

Экономия и ветроэнергетика мира

Получение электрической энергии при

Март 28, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Первой лопастной машиной для преобразования энергии ветра в движение, был парус. Ему уже около 6000 лет (еще древние египтяне ходили под парусом), но это древнее изобретение до сих пор обладает одним из самых высоких КПД среди всех известных ветряных агрегатов.

Позднее появились ветряные мельницы, служившие людям несколько столетий, до середины прошлого века. Они поднимали камни, качали воду, вращали мукомольные жернова. Ветродвигатели, пришедшие им на смену, выполняют не только механическую работу, например, ветроэнергетические станции (ВЭС), оснащенные

Март 13, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Вертикальные ветряные турбины называют турбинами Дарье. Это название дано в честь французского инженера Жоржа Дарье, который получил патент на изобретение в 1931 году. Турбина Дарье имеет С-образные лопасти. Обычно две-три лопасти.

У ветряных установок с вертикальной осью вращения лопасти имеют форму в виде винтов. Согласно теории ветряная энергия может полностью удовлетворить общие потребности человечестав на энергию. Данная область энергетики стремительно развивается. Большая часть ветряных генераторов, которые производятся во всем мире, имеют горизонтальную ось вращения. Лопасти

Март 05, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Ветроэнергетика России набирала стремительные темпы в 1950-е годы (СССР занимал лидирующие позиции по выпуску ветроэнергетических установок), затем ее развитие было приостановлено.

К настоящему времени основные фонды объектов энергетики страны находятся в предельно изношенном состоянии, в отдельных случаях их амортизация составляет 80%, на объектах применяются технологии, разработанные еще 30-лет назад.

Хотя по всему миру около 80 миллионов человек обеспечены электрической энергией, вырабатываемой ветряными установками.

Несмотря на то, что природные условия России благоприятны и создают значительную привлекательность

Февраль 24, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Ирригация. Применение энергии ветра в целях ирригации кажется сложным, так как потребность в воде и наличие ветровых условий подвержены значительным изменениям в течение года. Хороший, а главное, практически непрерывный ветровой потенциал является основным условием для того, чтобы применение ветряных установок в ирригационных работах было эффективным. Малые ветряки используются автономно или подсоединяются к центральной энергосистеме. Если ветряк вырабатывает больше электрической энергии, чем нужно для данного хозяйства, то лишняя часть может быть продана в центральную сеть.В 1998 году весной пять демонстрационных проектов по возведению оффшорных ветряных электростанций были реализованы в Нидерландах, Швеции и Дании. Технические характеристики станций: ветряки среднего размера, класс 500 кВт; установленная мощность до 5 МВт; глубина менее10 м; расстояние от берега достаточно близкое – от 40 м до 6 км.

Стоимость энергии, полученной на пилотных ВЭС превышала показатели обычных ВЭС, которые установлены на выгодном (с точки зрения ветроэнергетики) месте. Но «План работы для больших оффшорных ВЭС», который

Январь 31, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Количество энергии, которую способны вырабатывать большие ветряки, настолько велико, что зачастую превышает мощность местных линий электропередач. Такая ситуация типична в первую очередь для прибрежных территорий, где наблюдается высокий ветровой потенциал, но не имеющий чаще всего необходимой инфраструктуры.

Появляется необходимость обустройства новых высоковольтных линий, что связано с дополнительными затратами и может стать причиной отказа в подключении ветряной установки к энергосистеме. Так как для одиночных установок дополнительные затраты нецелесообразны экономически, то наблюдается тенденция к скоплению ветряков на

Январь 27, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Ветроэнергетические установки - сложные изделия. Фотоэлектрический модуль отличается от ветряка тем, что изначально он был надежным механизмом, так как в его конструкции нет движущихся элементов. Ветряк же включает в себя множество составных частей, и степень надежности каждой из них зависит от профессионализма производителей и разработчиков.

Размер современных ветряных установок бывает разным: от малых 100 кВт-ных, которые предназначены для обеспечения отдельных домов электроэнергией, до огромных установок, мощность которых превышает 1 МВт, диаметр лопастей более 50 м.

Январь 24, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Несмотря на различия во внешнем виде, ветряки с горизонтальной и вертикальной осями вращения представляют аналогичные системы. Кинетическая энергия потока ветра, которая получается при взаимодействии ветра и лопастей ветряка, передается через систему трансмиссии на электрический генератор. Трансмиссия позволяет генератору работать эффективно при разных скоростях ветрах. Полученная электроэнергия накапливается в аккумуляторах для более позднего применения или используется напрямую, поступая в электросеть.

По методу взаимодействия с ветром ветряные установки делятся на агрегаты, у которых лопасти выполнены с изменяющимся

Январь 20, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Ветряные электрические установки (ВЭУ) позволяют получать из кинетической энергии ветра электроэнергию с помощью генератора. Преобразование происходит за счет вращения ротора. Лопасти ветряной установки используются как пропеллер самолета для вращения центральной ступицы, которая подсоединена к электрическому генератору через коробку передач.

По конструкции генератор ВЭУ походит на генераторы, применяемые в электростанциях, функционирующих за счет сжигания ископаемого топлива. Машин, изобретенных или предложенных для выработки энергии за счет ветра, огромное разнообразие, большинство из них представляют собой необычные конструкции. Тем

Январь 17, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Скорость ветра. Скорость ветра – наиболее значимый фактор, влияющий на количество энергии ветра, которое преобразует ветрогенератор в электрическую энергию. Большая скорость ветра увеличивает объем проходящего воздуха. Поэтому взрастающая скорость ветра способствует увеличению количества электроэнергии, вырабатываемой установкой.

Энергия ветра меняется пропорционально кубу скорости ветра. Если скорость ветра увеличивается вдвое, то кинетическая энергия, выработанная ротором, возрастает в восемь раз.

Природные ветровые условия и скорость ветра все время изменяются. Конструкция ветрогенератора рассчитана на работу при скорости ветра в

Январь 13, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Конечно, максимальный ветровой потенциал можно наблюдать на побережьях морей, в горах и на возвышенностях. Но есть много других территорий, где потенциал ветра тоже хороший. В качестве источника энергии ветер менее предсказуем, чем, например, солнце, но в определенные периоды ветер наблюдается в течение целого дня.

На ресурсы ветра оказывает влияние рельеф земной поверхности, препятствия, расположенные на высоте менее 100 метров. Поэтому ветер зависит в большей степени от местных условий, чем солнечная энергия. Например, в гористой местности,

Январь 10, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Энергия ветра – производная энергии солнца. Она появляется за счет того, что поверхность Земли нагревается неравномерно. Каждый час планета получает 100 000 000 000 000 кВт энергии солнца. Примерно 1-2% энергии солнца преобразуется в энергию ветра. Данное количество в 50-100 раз превышает количество энергии, которая преобразуется в биомассу всеми растениями Земли.

В течение нескольких тысячелетий человечество пользуется энергией ветра. Ветер заставлял работать ветряные мельницы, ветер надувал паруса кораблей в море. Кинетическая энергия ветра была и

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика

Ветроиспользование - раздел ветротехники, занимающийся теоретическими и практическими вопросами оптимизации использования энергии ветра, рационализацией эксплуатации и технико-экономических показателей агрегатов и установок, обобщает опыт применения ветряных установок в народном хозяйстве. Кроме того, ветровая энергетика использует результаты аэрологических исследований, которые служат для разработки ветроэнергетического кадастра, по данным которого определяются районы, где применение энергии ветра будет целесообразней и экономически выгодней, чем энергий других видов.

Преимущества ветровой энергетики:
- экологически чистый вид энергии;
- не требует обеспечения топливом;
- низкая шумность;
- автономность ветроэнергоустановки.

Ветряная электростанция - это установка, которая преобразует кинетическую энергию ветра в электроэнергию. Составляющие ветряной электростанции: ветродвигатель; генератор электрического тока; автоматическое устройство управления электродвигателем и генератором; сооружения, служащие для установки и обслуживания составных частей. Принцип работы ветряных электростанций, именуемых также ветрогенераторами или ветряками, достаточно прост: ветер вращает лопасти ветряка , что приводит в движение вал генератора. Ну а генератор вырабатывает электроэнергию.

В случае отсутствия ветра в ветряных электростанциях предусмотрены резервные тепловые двигатели. Различают такие виды ветродвигателей: крылатые (коэффициент использования ветряной энергии до 0,48), карусельные и роторные (коэффициент - до 0,15), барабанные. Ветродвигатели применяются в ветряных электростанциях, состоящих из ветроагрегата (устройство, предназначенное для аккумуляции энергии или резервирования мощности), систем автоматического управления и регуляции режимов работы установки. Ветряные электроустановки разделяют на электроустановки специального применения (насосные, электрически зарядные, водоопреснительные, мельничные и т.п.) и электроустановки комплексного применения (ветряные и ветросиловые электростанции). Мощность ветряных энергетических установок колеблется от 10 до 1000 Вт.

В ветроэнергетике существует множество конструкций для получения энергии ветра. Это «ромашки», имеющие много лопастей; винты, напоминающие самолетные пропеллеры и имеющие три, две или даже одну лопасть (при одной лопасти имеется груз-противовес). Также это вертикальные роторы, внешне напоминающие бочку, разрезанную вдоль и посаженную на ось; вертолетный винт, вроде бы, «вставший дыбом»: концы его лопастей загибают вверх и соединяют между собой. Вертикальные ветрогенераторы позволяют улавливать ветер любого направления, это выгодно отличает их от остальных, которые вынуждены поворачиваться по ветру.

Есть ряд причин, обуславливающих использование ветряных энергоустановок и делающих ветроэнергетику конкурентоспособной отраслью. Во-первых, ресурсы ветряной энергии относительно равномерно распределяются на протяжении суток, что не скажешь про солнечную энергию. Во-вторых, поместить такой ветряк можно поближе к объекту, потребляющему электроэнергию, а вот мини-ГЭС зависят от расположения реки и требуют массу согласований на установку.

Ветрогенераторы находят различное применение в быту и на производстве в зависимости от моделей. Такое оборудование может помочь частным домовладельцам в обеспечении работы бытовой техники, источников света, оргтехники, домашних электроинструментов, наподобие перфораторов, дрелей и т.д.

В свою очередь, ветроэнергетические установки в промышленности могут обеспечить работу такого оборудования, как:

Холодильные установки;
- электрические агрегаты небольшой мощности, насосы, компрессоры;
- электрические приборы, рассчитанные на работу от аккумуляторов, батареек, например: магнитофоны, телевизоры, приемники.

Приобретая такой ветровой генератор, потребитель получает экономическую выгоду использования нетрадиционного энергоснабжающего оборудования. Эффективность установки будет напрямую зависеть от потенциала ветряной энергии в регионе проживания, тарифа на электроэнергию и технических условий на подключение. Прибыль от работы ветроэлектоустановки представляет собой общую прибыль от электроэнергии, которая была сэкономлена.