Преобразованная ветром электроэнергия. Современная ветроэнергетика: кто есть кто. Самые мощные ветропарки в мире

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.

Традиционные источники энергии являются не очень безопасными, негативно влияют на окружающую среду. В природе существуют такие природные ресурсы, которые называются возобновляемыми, и они позволяют получить достаточное количество энергоресурсов. Одним из таких богатств считается ветер. В результате переработке воздушных масс можно получить одну из форм энергии:

• электрическую;
• тепловую;
• механическую.

Эта энергия может использоваться в быту для различных нужд. Обычно для преобразования ветра используются ветрогенераторы, паруса и ветряные мельницы.

Особенности ветроэнергетики

В энергетической сфере сейчас происходят глобальные изменения. Человечество осознало опасность ядерной, атомной и гидроэнергетики, и сейчас ведутся разработки станций, на которых используются возобновляемые источники энергии. По прогнозам экспертов к 2020 году не менее 20% от всего количества энергоресурсов возобновляемых источников будет составлять энергия, полученная с помощью ветра.

Польза ветроэнергетики заключается в следующем:

• энергия ветра позволяет сберечь окружающую среду;
• сокращается использование традиционных энергоресурсов;
• уменьшается количество вредных выбросов в биосферу;
• при работе агрегатов, вырабатывающих энергию, не появляется смог;
• использование ветровой энергии исключает возможность ;
• отсутствие радиоактивных отходов.

Это лишь небольшой перечень достоинств использования энергии ветра. Стоит учесть, что устанавливать ветряные мельницы вблизи населенных пунктов запрещается, поэтому их чаще можно встретить на открытых ландшафтах степей и полей. В результате определенные территории будут абсолютно непригодными для проживания людей. Также эксперты отмечают, что при массовой эксплуатации ветряков возникнут некоторые климатические изменения. Например, из-за изменения воздушных масс, климат может стать сухим.

Перспективы ветровой энергетики

Несмотря на колоссальную пользу энергии ветра, экологичности ветровой энергетики, еще рано говорить о массовом строительстве ветровых парков. Среди стран, которые уже используют данный источник энергии, стоит назвать США, Данию, Германию, Испанию, Индию, Италию, Великобританию, Китай, Нидерланды и Японию. В других странах энергия ветра используется, но в меньших масштабах, ветроэнергетика только развивается, но это перспективное направление экономики, которое принесет не только финансовую выгоду, но и поможет уменьшить негативное влияние на экологию.

Энергия ветра является одной из форм солнечной энергии. Ветры появляются из-за неравномерного прогрева атмосферы солнцем, неровностей земной поверхности и вращения Земли. Направление потоков ветра изменяется в зависимости от рельефа земной поверхности, наличия водоемов и растительного покрова.
Ветогенераторы используют это движение воздуха и преобразуют его в механическую энергию, а затем в электричество. В этой статье будет кратко затронут вопрос о том, как работает ветрогенератор , а также вопросы о достоинствах и недостатках ветроэнергетики .

Люди начали использовать энергию ветра несколько столетий назад, когда появились ветряные мельницы, которые качали воду, мололи зерно или выполняли другие функции. Сегодняшний ветрогенератор является весьма продвинутой версией ветряной мельницы. Большинство ветровых турбин имеют три лопасти, закрепленные на вершине стальной башни — мачты. Вестрогенератор высотой в 25 м может снабжать электричеством жилой дом, ветрогенератор высотой в 80 м может обеспечивать электричеством сотни домов .

При прохождении ветра через турбину, лопасти за счет кинетической энергии ветра начинают вращаться. Это приводит во вращение внутренний вал, который соединен с редуктором, увеличивающим скорость вращения и подключенным к генератору, который осуществляет выработку электроэнергии. Чаще всего ветряные турбины состоят из стальной полой мачты, высота которой может достигать 100 м, ротора турбины, лопастей, оси генератора, редуктора, генератора, инвертора и аккумулятора. Часто ветрогенераторы оснащаются оборудованием оценки и автоматического поворота в направлении ветра, а также могут изменять угол или «шаг» лопастей для оптимизации использования энергии.

Типы ветрогенераторов

Современные ветровые турбины делятся на две основные группы;

• с горизонтальной осью вращения, как в традиционных ветряных мельницах, используемых для откачки воды;
• с вертикальной осью вращения, это роторные и лопастные конструкции Дарье.

Большинство современных ветрогенераторов имеют горизонтальную ось вращения турбины.

Обычно они состоят из:

• мачты полой внутри, сделанной из металла или бетона;
• гондолы , которая крепится наверху мачты и в которой находятся валы, редуктор, генератор, котроллер и тормоз;
• ротора , в который входят лопасти и ступица;
• низкоскоростного вала , который приводится в движение ротором;
• высокоскоростного вала , который подсоединен к генератору;
• редуктора , которые механически соединяет низкоскоростной и высокоскоростной вал, увеличивая скорость вращения последнего;
• генератора , который вырабатывает электроэнергию;
• контроллера , который управляет работой ветрогенератора;
• флюгера , который определяет направление ветра и ориентирует турбину в необходимом направлении;
• анемометра , который определяет скорость ветра и передает данные контроллеру;
• тормоза , для остановки ротора в критических ситуациях.

Преимущества и недостатки ветроэнергетики

Возобновляемый источник энергии

Энергия ветра является общедоступным, возобновляемым ресурсом, поэтому независимо от того, сколько ее используется сегодня, в будущем она по-прежнему будет доступна. Энергия ветра является также источником относительно чистого электричества — ветряные электростанции не выделяют загрязняющих воздух веществ или парниковых газов.

Стоимость

Даже при том, что стоимость энергии ветра резко сократилась за последние 10 лет, ее использование требует более значительных первоначальных инвестиций, чем приобретение генераторов, работающих на ископаемом топливе. Около 80% стоимости составляет техника, с подготовкой площадки и установкой. Тем не менее, если сравнивать использование ветрогенератора и установки, работающей на ископаемом топливе, в течение всего срока эксплуатации, то ветроэнергетическая установка становится гораздо более конкурентоспособной, поскольку для нее не требуется приобретение топлива, а эксплуатационные расходы сведены к минимуму.

Воздействие на окружающую среду

Хотя ветряные электростанции влияют на окружающую среду не так значительно, как электростанции, работающие на ископаемом топливе, они все же создают некоторые проблемы. Их лопасти создают шум, визуально они могут портить ландшафт, о них разбиваются птицы и летучие мыши. Большинство из этих проблем решаются в той или иной мере за счет различных технологий и разумного размещения электростанций.

Другие проблемы, связанные с ветрогенераторами

Основная проблема, связанная с использованием энергии ветра, заключается в том, что ветер дует не всегда, когда требуется электричество, в некоторых местностях ветра дуют очень слабо, так что там не выгодно использовать ветрогенераторы. Ветер нельзя хранить, как бензин (хотя электроэнергию, полученную за счет ветра, можно хранить при помощи аккумуляторных батарей). Местности с сильными ветрами часто бывают не очень удобны для заселения. Наконец, ветроэнергетические установки могут создавать проблемы для других способов эксплуатации земли. Ветряные турбины могут мешать выпасу скота или занимать место под посевы.

(Просмотрели12 981 | Посмотрели сегодня 1)

Солнечная энергия — наше будущее
Стоимость солнечных батарей за последние 35 лет уменьшилась в 100 раз Мировые АЭС. Производство атомной энергии по состоянию на 2014 год Экотехнологии, которые могут сделать мир чище. 9 современных направлений

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.

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.

Ветер, как неисчерпаемый источник экологически чистой энергии, находит все более широкое применение и приобретает все большую общественную поддержку.
Начало использования энергии ветра восходит к древнему Вавилону (осушение болот), Египту (помол зерна), Китаю и Маньчжурии (откачка воды с рисовых полей). В Европе эта технология появилась в XII веке, но современные технологии стали использоваться только в XX веке.
Ветряные электростанции могут функционировать в районах со скоростью ветра выше 4,5 м/с. Они могут работать с сетью существующих электростанций либо быть автономными системами. Возникают также так называемые «ветряные фермы» - энергоблоки с некоторым количеством единиц техники, общих для всей системы. Наибольшее количество энергии из ветра в настоящее время производится в Соединенных Штатах, а в Европе - в Дании, Германии, Великобритании, Нидерландах. В Германии находится самая мощная электростанция в мире - 3 МВт. Aeolus II работает на ветряной ферме Вильгельмсхафен и производит ежегодно 7 млн. кВт/ч энергии, обеспечивая около 2 тысяч домашних хозяйств. Всего в мире уже более 20 тысяч ветряных электростанций.
Несмотря на массовое производство, стоимость строительства современной ветряной электростанции велика. Однако, следует отметить, что ничтожна стоимость ее эксплуатации. Экологические и экономические выгоды зависят от правильного расположения. Требует это детального и всестороннего анализа как технических аспектов, так и экологических, а также финансовых. Ветряная энергетика соответствует всем условиям, необходимым для причисления ее к экологически чистым методам производства энергии. Ее основными преимуществами являются:
1. Отсутствие загрязнения окружающей среды - производство энергии из ветра не приводит к выбросам вредных веществ в атмосферу или образованию отходов.
2. Использование возобновляемого, неисчерпаемого источника энергии, экономия на топливе, на процессе его добычи и транспортировки.
3. Территория в непосредственной близости может быть полностью использована для сельскохозяйственных целей.
4. Стабильные расходы на единицу полученной энергии, а также рост экономической конкурентоспособности по сравнению с традиционными источниками энергии.
5. Минимальные потери при передаче энергии – ветряная электростанция может быть построена как непосредственно у потребителя, так и в местах удаленных, которые в случае с традиционной энергетикой требуют специальных подключений к сети.
6. Простое обслуживание, быстрая установка, низкие затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию.

Противники ветряной энергетики находят в ней также и недостатки. Большинство потенциальных преград для использования этого вида энергии чрезмерно пропагандируются как недостатки, которые делают невозможным ее развитие. По сравнению с вредом, причиняемым традиционными источниками энергии, они незначительны:
1. Высокие инвестиционные затраты - они имеют тенденцию к снижению в связи с новыми разработками и технологиями. Также стоимость энергии из ветра постоянно снижается.
2. Изменчивость мощности во времени - производство электроэнергии зависит, к сожалению, от силы ветра, на которую человек не может повлиять.
3. Шум – исследования шума, выполненные с использованием новейшего диагностического оборудования, не подтверждают негативного влияния ветряных турбин. Даже на расстоянии 30-40 м от работающей станции, шум достигает уровня шума фона, то есть уровня среды обитания.
4. Угроза для птиц - в соответствии с последними исследованиями, вероятность столкновения лопастей ветряка с птицами не больше, чем в случае столкновения птицы с высоковольтными линиями традиционной энергетики.
5. Возможность искажения приема сигнала телевидения - незначительна.
6. Изменения в ландшафте.
Несмотря на все преимущества, ветряки имели серьезные недостатки. Эффект их работы зависел от погодных условий, поэтому в безветренные дни и дни, когда ветер очень сильный, ветряки не могли работать. Однако, энергия всех видов была, есть и будет нам нужна. Само слово «энергия» происходит от греческого слова energia и означает деятельность, активность. Ее использование может быть разнообразным. Наиболее всего мы нуждаемся в ней в промышленном производстве, отоплении, транспорте, для освещения. В начале она поставлялась нам из окружающей среды (природные ресурсы), такие как бурый уголь, древесина или нефть. Сегодня трудно представить себе жизнь без электроэнергии. Электричество нам необходимо так же, как вода и воздух.