Ветроэнергетика (Энергия ветра)

По данным Международного института прикладного системного анализа (МИПСА), использование только 0,5% энергии ветра эквивалентно 40% всей потребляемой человечеством энергии и значительно превосходит экономический потенциал гидроэнергии планеты.

Ветроэнергия один из наиболее старых источников энергии. Считается, что первые двигатели появились в 1700 году до нашей эры В начале 12 века ветряные мельницы появились в Европе. К концу 19 века в Дании например, было около 30 тыс ветряных мельниц.

Первый ветродвигатель был простым устройством с вертикальной осью вращения. Из истории развития техники хорошо известно, что использование энергии ветра имеет старые, сложившиеся традиции. Еще за долго до развития электричества в середине XIX века ветер служил источником энергии для судов и мельниц.

В России первая ветроэлектростанция была построена в 1929 году в г.Курске по проекту советского изобретателя А.Г.Уфимцева и В.П.Ветчинкова (Мощность несколько киловатт). В 1931 году была сооружена ветроэлектрическая станция для параллельной работы с мощной ТЭС, питающей электроэнергией г.Севастополь.

В 50-х годах были построены несколько ветроэлектрических станций мощностью 300 квт. с тепловым резервом. А также многоагрегатная ветроэлектрическая станция мощность 400 квт. в Казахстане, состоящую из 12 установок, работающих параллельно с дизельной электростанцией. Во Франции эксплуатировалась ветроэлектрическая станция мощностью 640квт. | Наиболее мощная ветроэлектрическая станция построена в США - 1,25 Мвт.

В XX веке, когда электроэнергия стала играть доминирующую роль в энергобалансе, центр тяжести был перенесен на такие энергетические ресурсы, как нефть и уголь. Энергия ветра, в сущности "бесплатная", изменчива и не концентрирована, что привело со временем к тому, что применение ее стало обходиться все дороже. До последнего времени ветроагрегаты применялись в отдаленных труднодоступных районах. Повышение цен на нефтяном рынке вызвало возобновление интереса к разработке как крупных ветроэлектрических станций (ВЭС), так и ветроэнергетических установок (ВЭУ) для местного энергоснабжения.

Энергия ветра покрывает 0,001 мировых потребностей энергии. Климатические условия нашей страны позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории от наших Западных до берегов Енисея. Особенно вдоль побережья Северного Ледовитого океана.

Ветроэлектрическая станция - это ветроэнергетическая установка, преобразующая кинетическую энергию ветрового потока в электрическую. Ветроэлектрическая станция состоит из ветродвигателя, генератора электрического тока, автоматического устройства для управления.

Легко показать, что выходная мощность установки пропорциональна площади лопастей ветрового ротора и скорости ветра (в кубе). Поэтому ветроэнергетические установки большой мощности, в мегаваттном диапазоне, должны быть по своим габаритам очень крупными, поскольку скорость ветра в среднем не бывает очень большой.

Одной из самых сложных проблем, препятствующих широкому распространению ветроэнергетических установок, является постоянно меняющаяся скорость ветра. Даже высоко в горах нельзя рассчитывать на стабильную скорость ветра. Кроме того, электроэнергия начинает вырабатываться этими установками тогда, когда дует ветер, а не тогда, когда она необходима. К сожалению, удобного, эффективного и экономичного способа запасать электроэнергию в большом количестве еще нет. Был выдвинут ряд предположений по использованию получаемой в часы внепиковой части графика нагрузки электроэнергии для электролиза воды и создания запаса получаемого таким образом водорода и кислорода. С тем, чтобы потом использовать реакцию соединения этих газов в топливном элементе для производства электроэнергии. Развитие этой технологии находится в начальной стадии, но, возможно, скоро она станет экономически приемлемой.

Одно из предложений сводится к строительству 150 тысяч башен высотой по 260 метров с трехпластными роторами, приводящими во вращение генераторы мощностью примерно по 1,5 МВт. Эти ветроустановки предполагается разместить по одной на квадратную милю. В результате предусматривается получить общую установленную мощность около 225 ГВт. В настоящее время использование подобных электроэнергетических установок менее целесообразно, чем применение других способов производства электроэнергии, в частности потому, что пока еще не решена удовлетворительно проблема аккумулирования электроэнергии. Кроме того, инженерно-техническое исполнение высокоскоростных, с переменной частотой вращения и мощных ветрогенераторов, валов, регуляторов и т. п. еще не совершенно. Против реализации этого проекта, вполне возможно, возникнут также возражения эстетического порядка. Многим не нравятся с этой точки зрения и нефтяные буровые вышки, а тут башни высотой 260 метров!

Вместе с тем крупномасштабное применение ветроэнергетических установок на каком-то ограниченном участке может вызвать глубокие климатические изменения. Взаимодействие различных атмосферных явлений является очень сложным процессом и до конца не изучено. Следует быть абсолютно уверенным в том, что любые крупномасштабные изменения последовательности природных явлений на Земле осуществляются осторожно и с полным учетом того, какие последствия для окружающей среды они за собой повлекут.

В большинстве случаев ветроэлектрическая станция используется как источник электроэнергии относительно небольшой мощности в местах, характеризующихся хорошим ветровым режимом (среднегодовая скорость ветра более 5 м/с) и удаленным от сетей централизации электроснабжения( Арктика, Каспийское и Охотское море и т.д.). Наиболее перспективно применение этих станций в сельском хозяйстве.

Ветровая энергия может быть использована в качестве дополнительного источника для производства электроэнергии и сейчас она может найти лишь ограниченное применение.

В настоящее время развитие ветроэнергетики идет одновременно в двух направлениях: системной ветроэнергетики с использованием ветроагрегатов единичной мощности 1...3 МВт и автономной ветроэнергетики, рассчитанной преимущественно на применение ветроагрегатов мощностью от 1 до 100 кВт.

В последнее время предложены варианты комбинированного использование ветровой и солнечной энергии. Это обеспечивает более стабильную выработку энергии по сравнению с автономными ветровыми или солнечными установками.