Чтобы пользоваться энергией ветра, потребуются такие детали :

• ветряные лопасти – захватывают поток ветра, передавая импульс ветрогенератору;
• ветрогенератор и контроллер – способствуют преобразованию импульса в постоянный ток;
• аккумулятор – накапливает энергию;
• инвертор – помогает преобразовывать постоянный ток в переменный.

Ветер – это не просто сложное физическое явление. В современном мире он используется как источник энергии и представляет собой экономически ценный продукт. Ветроэнергетика в мире становится всё более востребованной, над развитием этой отрасли работают учёные различных специальностей.

Насколько велик потенциал ветроэнергетики? Какими достоинствами и недостатками она обладает? Где применяется? Пришло время ответить на эти вопросы.

С чего всё начиналось

Существует общераспространённое заблуждение, что ветроэнергетика зародилась лишь в XVII–XIX столетиях. Однако на самом деле ветер как источник энергии активно использовался представителями древних цивилизаций. Вот несколько красноречивых примеров из истории:

1. Уже в III–II веках до н. э. жители Месопотамии изобрели первые прототипы ветряных мельниц для размола зерна. Лопасти таких устройств, вращаясь под действием ветра, приводили в движение массивный жернов. Он, в свою очередь, растирал зерно в муку. Так энергия ветра позволила сэкономить силы и время нескольких сотен рабочих.
2. В Древнем Египте ветряные мельницы появились примерно в тот же период.
3. В Древнем Китае с помощью ветра производилась откачка водных масс с рисовых полей.
4. В XII веке технологии, базирующиеся на использовании воздушных потоков, стали распространяться по Европе.

Долгое время ветряная энергетика не могла похвалиться хорошими результатами. Она немного облегчала жизнь и работу человека, но не могла послужить на благо всего человечества.

И только в XX веке технический прогресс коснулся этой отрасли. Учёные начали разрабатывать оборудование, позволяющее преобразовывать энергию воздушных потоков в электроэнергию.

Востребованность

Сегодня энергия ветра используется человеком всё активнее.

По состоянию на 2015 год ветроэнергетика занимает в общем энергобалансе:

• Дании – 42%;
• Португалии – 27%;
• Испании – 20%;
• Германии – 8,6%.

Перечисленные страны являются лидерами по получению электроэнергии из ветра. К данному списку стремятся примкнуть Индия, США, Китай.

Ведущие государства мира строят планы по увеличению количества ветропарков. В Китае и некоторых странах ЕС принимаются законы об использовании возобновляемых источников энергии и повышении мощностей. Всё это способствует развитию ветроэнергетики.

Применение

Использование энергии ветра является одним из самых перспективных направлений в современной энергетике. Наглядное сравнение: потенциал ветра более чем в 100 раз превышает потенциал всех рек Земли.

Ветропарки бывают:

1. Крупные.Обеспечивают электричеством города и промышленные предприятия.
2. Небольшие.
3. Вырабатывают электроэнергию для удалённых жилых районов, частных ферм.

Набирает популярность офшорное строительство: ветроустановки возводятся прямо на воде, в 10–12 км от береговой линии океана. Такие парки приносят больше прибыли, чем традиционные. Связано это с тем, что скорость ветра над океаном в несколько раз выше, чем на суше.

Достоинства

Ветровая энергетика обладает рядом значимых преимуществ, таких как:

1. Общедоступность.
   Ветер – возобновляемое «сырьё». Он будет существовать, пока есть солнце.
2. Безопасность для природы и человека.
   Как и все альтернативные источники энергии, ветер экологически безопасен. Оборудование, преобразующее ветряную энергию, не создаёт выбросов в атмосферу, не является источником вредного излучения. Пути накопления, передачи и использования энергии ветра – экологичные. Производственная техника безопасна для человека, пока он использует её по прямому назначению, соблюдая при этом все правила безопасности.
3. Успешная конкурентоспособность.Ветряная энергия – хорошая альтернатива атомной. Эти отрасли борются за первенство в возобновляемой энергетике. Но АЭС несут серьёзную угрозу для человечества. В то же время ещё не зарегистрирован ни один случай неисправности ветряного энергокомплекса, сопровождающийся массовой смертностью рабочих и простых жителей.
4. Обеспечение людей большим количеством рабочих мест.Статистика зафиксировала, что уже в 2015 году отрасль обслуживает 1 млн человек. Развитие ветроэнергетики всё ещё продолжается, поэтому данная сфера народного хозяйства ежегодно предоставляет людям тысячи рабочих мест по всему миру. Это повышает процент занятости населения и благотворно влияет на экономику отдельного региона, всей страны и целого мира.
5. Лёгкость в работе и управлении.Оборудование требует лишь периодических ТО. Ремонт турбин или их замена – задача средней сложности. Хорошо обученные специалисты без труда обеспечивают работу ветрогенераторов, их исправность. Для этого нужны лишь базовые навыки.
6. Перспективность.Ветроэнергетика находится только на середине своего пути. Потенциал данной отрасли не раскрыт на все 100%, а значит – всё ещё впереди. Современные научно-технические открытия позволят повысить эффективность ветровой энергетики, сделать ее более прибыльной.
7. Экономическая выгода.Любое предприятие в начале своей работы требует больших вложений. И в отрасли ветроэнергетики расходы на оборудование стабильны, в то время как цены на электроэнергию увеличиваются. Следовательно, доходы производства постоянно растут.

Все эти характеристики способствуют развитию и глобализации ветроэнергетики.

Недостатки

Ветроэнергетика не имеет каких-либо серьёзных недостатков, но и в этом аспекте есть проблемы:

1. Высокий стартовый капитал.Запустить такой бизнес очень сложно, ведь закупка и монтаж оборудования требуют больших инвестиций.
2. Выбор территории.Не все регионы Земли подходят для строительства ветроэнергетических комплексов. Подбор местности осуществляется на основе высокоточных расчётов.
   При этом учитываются:
   • количество ветреных дней;
   • скорость воздушных потоков;
   • частота их изменения;
   • прочее.
3. Отсутствие точных прогнозов.Невозможно точно предсказать, что характеристики ветра в данной местности останутся стабильными на 10/20/100 лет. Сложно рассчитать, какое количество энергии будут вырабатывать ветрогенераторы.

Люди не могут «приручить» ветер, поэтому говорить о стабильности в работе ветрокомплексов невозможно. Впрочем, это относится ко всем возобновляемым источникам энергии.

Ложные теории

Противники ветроэнергетики придумывают различные лжетеории:

1. Шум, создаваемый ветрогенераторами, вредит экосистеме.Ветряные станции и правда издают шум, однако на расстоянии 30–40 метров он уже воспринимается как фон (естественный уровень шума), поэтому никакого ущерба экологии не наносит.
2. Ветрогенераторы убивают птиц.Да, это действительно так. Однако от ветряных станций умирает столько же птиц, сколько от высоковольтных сетей и автомобилей.
3. Вблизи ветряных комплексов портится сигнал ТВ. Оборудование никак не влияет на качество сигнала спутникового, цифрового и аналогового ТВ.

Основная задача таких выдумок – привлечение большего количества людей на сторону традиционной энергетики, которая является более прибыльной для современных предпринимателей.

Заключение

Резкий скачок в развитии ветроэнергетики сделал жизнь человека проще. Энергия ветра используется на крупных промышленных предприятиях и в маленьких сельскохозяйственных комплексах. Именно эта отрасль энергетики является самой востребованной и перспективной.

Добавить сайт в закладки

Энергия ветра: использование

Энергию ветра, человек начал использовать в далеком прошлом. Это были ветряные мельницы, построенные в Персии в 200-х годах до н. э. и предназначенные для размола зерна.

Первая ветро-электростанция была построена еще в 1931 году в Ялте и развивала мощность до 100 кВт.

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890 году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908 году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырёхлопастные роторы диаметром 23 м.

Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 м. К 1941-му году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт.

В период с 1940-х по 1970-е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги. Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра.

В настоящее время ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2010 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 196,66 ГВт.

Ресурсов ветра достаточно, чтобы многократно удовлетворять потребности человечества в энергии.

Атмосферные турбины, вращающиеся под воздействием постоянных и быстрых потоков ветра, дующих на больших высотах, могут вырабатывать больше энергии, чем наземные и шельфовые турбины. В новом исследовании Кена Калдейры (Ken Caldeira) из Университета Карнеги приводится оценка максимального количества энергии, которое может быть выработано ветрогенераторами, а также рассматривается воздействие высотного сбора энергии на климат Земли.

Команда ученых из Ливерморской национальной лаборатории во главе с Кейт Марвел (Kate Marvel), начинавшей эти исследования в Университете Карнеги, использовала моделирование для количественного определения электроэнергии, вырабатываемой как с помощью приповерхностных, так и атмосферных ветров, дующих на больших высотах. К приповерхностным ветрам ученые отнесли те потоки воздуха, которые доступны для турбин, находящихся на земле или на морском шельфе. Высотными считаются такие ветры, доступ к которым может быть получен с помощью технологии объединения турбин и воздушных змеев. В исследовании рассматривались лишь геофизические ограничения таких технологий, технические или экономические факторы в расчет не принимались.

Турбины препятствуют перемещению воздуха, создавая сопротивление, снижающее движущую силу ветра, что приводит к его замедлению. При увеличении количества ветрогенераторов количество вырабатываемой электроэнергии также увеличивается. Но в какой-то момент ветры станут замедлены на столько, что добавление новых генераторов не приведет к росту выработки энергии. Исследование было сосредоточено на поиске точки, в которой количество вырабатываемой энергии максимально.

Используя модели, исследователи смогли определить, что с помощью наземных турбин можно получить более 400 ТВт энергии, а за счет высотных потоков воздуха – более 1800 ТВт.

Сегодня человечество потребляет около 18 ТВт энергии. Ветры, дующие у поверхности Земли, могут двадцатикратно удовлетворить наши потребности в энергии, а атмосферные потоки – стократно.

При максимальных уровнях извлечения энергии ветра последствия для климата могли бы быть весьма пагубными. Однако, как показали исследования, при сегодняшнем уровне потребности в энергии влияние ветрогенераторов будет незначительным, тем более, при равномерном распределении турбин по поверхности Земли, а не сосредоточении их в нескольких отдельных регионах. При этом температура может измениться всего на 0,1°С, а влияние на осадки будет в пределах 1%. В целом воздействие на окружающую среду не будет существенным.

Но, по мнению Калдейры, рост ветроэнергетики во всем мире будут, скорее всего, определять не геофизические ограничения, а технологические и политические факторы.

Разработанные NASA воздушные ветроэнергетические системы эффективнее традиционных турбин.

Ветряные турбогенераторы, устанавливаемые на земле, на сегодня представляют собой «золотой стандарт» ветроэнергетики. Но инженеры NASA работают над уникальной альтернативой – воздушными ветроэнергетическими системами. NASA делает упор на 2 основных элемента новой технологии – набор вырабатывающих электричество турбин, установленных на воздушном змее, и наземный генератор, соединенный с воздушным змеем и получающий энергию за счет его вращательных движений, когда тот ловит ветер.

Как сообщается, КПД такой воздушной системы достигает 90% благодаря вращательной фазе змея, которая использует на 10% меньше энергии. Другой ключевой особенностью новой системы является то, что лопасти турбины вращаются быстрее и удалены на большее расстояние от своего центра, что позволяет вырабатывать электроэнергию в большем количестве. В составе системы также имеется программное обеспечение распознавания движений наподобие Kinect компании Microsoft, которое может определять положение воздушного змея в пространстве, а также направление его движения и скорость.

Кроме того, имеется система управления полетом, позволяющая воздушному змею описывать «восьмерку». Прототип змея, над усовершенствованием которого работает NASA, имеет размах крыльев 10 футов (примерно 3 м). Также в NASA запросили разрешение на испытание системы на высоте 2000 футов (примерно 610 м), которая, как предполагается, является идеальной для работы воздушных ветроэнергетических систем. В NASA планируют использовать такую систему в будущем, и не только на Земле, но и на Марсе и других планетах.

Ветроэнергетика в России

В середине 1920-х годов ЦАГИ разрабатывал ветро-электрические станции и ветряки для сельского хозяйства. Конструкция «крестьянского ветряка» могла быть изготовлена на месте из доступных материалов. Его мощность варьировалась от 3 л.с., 8 л.с. до 45 л.с. Такая установка могла освещать 150-200 дворов или приводить в действие мельницу. Для постоянства работы был предусмотрен гидравлический аккумулятор.

Технический потенциал ветровой энергии России оценивается свыше 50 000 млрд кВт·ч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт·ч/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России.

Энергетические ветровые зоны в России расположены в основном на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Чёрного и Азовского морей. Отдельные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале.

Максимальная средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период - период наибольшей потребности в электроэнергии и тепле. Около 30% экономического потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем Востоке, 14 % - в Северном экономическом районе, около 16% - в Западной и Восточной Сибири.

Суммарная установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2009 год составляет 17-18 МВт.