Ветряные источники энергии


Полезные ископаемые, добываемые из недр земли и используемые человечеством в качестве энергоресурсов, к сожалению, не безграничны. С каждым годом их стоимость увеличивается, что объясняется сокращением уровня добычи. Альтернативным и набирающим обороты вариантом энергоснабжения выступают ветряные электростанции для дома. Они позволяют преобразовывать энергию ветра в переменный ток, что дает возможность обеспечивать все потребности в электричестве любых бытовых приборов. Главное преимущество таких генераторов – это абсолютная экологичность, а также бесплатное пользование электричеством неограниченное количество лет. Какие еще преимущества имеет ветрогенератор для дома, а также особенности его эксплуатации, разберем далее.

В чем суть?

ветро станция для домаЕще древние люди заметили, что ветер может стать отличным помощником в осуществлении множества работ. Ветряные мельницы, позволявшие превращать зерно в муку, не затрачивая собственных сил, стали родоначальниками первых ветрогенераторов.


Ветряные электростанции состоят из определенного количества генераторов, способных получать, преобразовывать и накапливать энергию ветра в переменный ток. Они вполне могут обеспечить целый дом электроэнергией, которая берется из ниоткуда.

Однако, нужно сказать, что затраты на оборудование и их обслуживание не всегда дешевле, нежели стоимость центральных электросетей.

Преимущества и недостатки

ветрогенераторИтак, прежде чем присоединиться к сторонникам бесплатной энергии, нужно осознать, что ветряные электростанции имеют не только преимущества, но и определенные недостатки. Из положительных сторон использования энергии ветра в быту можно выделить следующие:

  • способ абсолютно экологически чистый и не вредит окружающей среды;
  • простота конструкции;
  • легкость эксплуатации;
  • независимость от электросетей.

Домашние мини-генераторы могут, как частично обеспечивать электричеством, так и стать полноценным его заменителем, преобразуясь в электростанции.

Однако не нужно забывать про недостатки, которыми являются:

  • высокая стоимость оборудования;
  • окупаемость наступает не ранее чем через 5-6 лет использования;
  • относительно небольшие коэффициенты полезного действия, отчего страдает мощность;
  • требует наличия дорогостоящего оборудования: аккумулятор и генератор, без которого невозможна работа станции в безветренные дни.

Чтобы не потратить уйму денег впустую, перед покупкой всего необходимого оборудования, следует оценить рентабельность электростанции. Для этого высчитывают среднюю мощность дома (сюда входят мощности всех используемых электроприборов), количество ветреных дней в году, а также оценивают местность, где будут располагаться ветряки.

Основные конструктивные элементы

Простота возведения электростанции объясняется примитивностью конструктивных элементов.

детали ветрогенераторЧтобы 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.

Вся схема получения электричества проста: ветер крутит лопасти, передавая ветрогенератору импульс, который переходя на контроллер, преобразуется в ток. Этот ток попадает в аккумуляторную батарею, где способен храниться достаточно длительное количество времени. Включая любой электрический прибор, инвертор берет заряд у аккумулятора, преобразуя постоянный ток в переменный.

Типы электростанций

типы оси ветрогенератораВетрогенераторы отличаются между собой ориентационной направленностью оси. Выделяют:

  1. Ветрогенератор с горизонтальной осью, ориентированной перпендикулярно воздушному потоку. Конструкция напоминает устройство и принцип работы обычного флюгера. Роторный генератор обладает повышенным КПД, а также имеет более доступную стоимость. Принцип работы основывается на сопротивлении воздушного потока, который посылает импульс, преобразуемый в ток.
  2. Ветрогенератор с вертикальной осью более компактный, однако, отличается дорогой стоимостью. Их конструктивные особенности не зависят от направления ветра, поэтому лопасти выполняются в виде турбин. Отсюда снижается нагрузка на ось, что влияет на мощность. Ортогональные ветрогенераторы наиболее удобны в тех местах, где направление ветра постоянно меняется.

Электростанции могут объединять несколько генераторов, имеющих различные пространственные оси. Обычно это делается в том случае, когда требуется на небольшом участке расположить станцию с достаточно большой мощностью.

Целесообразность покупки для дома

ветрогенератор домаКак видим, ветровой генератор – достаточно дорогое удовольствие. Его стоит устанавливать только в том случае, когда:

  • имеется подходящая местность;
  • в регионе преобладают сильные ветра;
  • нет другого альтернативного источника электричества.

В других случаях ветряные электростанции не дадут желаемого результата, став лишней тратой немалых денег. Наиболее оптимальным считается вариант комплиментации генераторов. К примеру, их использование является единственным источником энергии в регионе, а продолжительность ветренных дней минимальна. Для этого используют дизельные или бензиновые генераторы в качестве основного источника электричества, а ветряными пользуются только тогда, когда это позволяет стихия (в качестве переменного источника питания). Солнечные батареи также идеальны для тандема получения электричества альтернативным способом.


Также ветрогенераторам можно выделить определенную роль, к примеру, выполнять функцию отопления. Накопленная незначительная мощность вполне способна нагреть батареи, экономя при этом деньги.

Расчет размера и места размещения

Снимок экрана 2016-05-12 в 13.24.08Чтобы произвести расчет нужного количества генераторов для электростанции ветряного типа, учитывают:

  • необходимую мощность;
  • количество ветряных дней;
  • особенности месторасположения.

Итак, для того, чтобы установка ветрогенератора была оправданной затратам, нужно определить количество ветряных дней в году, а также их преобладающее направление. Приморские районы и площадки в горах имеют наиболее выгодное месторасположение, поскольку здесь сила ветра превышает 60-70 м/с, а этого вполне достаточно, чтобы отказаться от местного электричества.


На равнинной территории ветер отличается равномерностью потока, однако его силы порой недостаточно для полного обеспечения частного дома. Установка вблизи посадок и лесов нерентабельна вовсе, поскольку энергия ветра расходуется и задерживается в большей степени на деревьях.

Поток ветра имеет увеличение мощности прямопропорциональную отдалению от поверхности земли. Соответственно, чем мачта ветряка выше, тем больший импульс она сможет захватить. Однако, чем дальше она удалена от земли, тем большего укрепления требует. Вспомогательные опоры не всегда могут полностью удержать ветряк. При сильном порывистом ветре вероятность падения высокой мачты намного больше, нежели мачты, установленной на уровне 5-7 метров.

Наиболее оптимальное удаление мачты от земли – 10-15 метров. Ее крепление осуществляется при помощи двух способов:

  1. Бетонирование основы – выкапывают четыре глубоких, но небольших в диаметре ямы, в которые погружают растяжки ветряка и бетонируют. Процесс трудоемкий и затратный, но самый надежный. При сильном ветре мачта останется неподвижной, и единственной порчей ее может стать слом лопастей.
  2. Металлические растяжки – при помощи металлического троса ветряк закрепляют перпендикулярно поверхности земли, при этом хорошо натягивают трос, закрепляя его концы в грунт.

От выбора способа закрепления мачты зависит продолжительность эксплуатации электростанции в целом.

Также важно позаботиться о рабочей площадке, на которой собственно и будут располагаться генераторы. Площадка должна быть равноудалена от любых строений на величину, кратную трем размерам мачты. Если планируется устанавливать электростанцию, конструктивные элементы которой изготавливались под заказ, установку лучше доверить специалистам.

Наличие специального оборудования, а также опыта проведения подобных работ убережет ветровую электростанцию от преждевременных поломок.

Что нужно учитывать при установке

Чтобы эксплуатация ветрогенератора была успешной и продуктивной, нужно учитывать следующие факторы:

  • вблизи лопастей не должны расти деревья, а также гнездиться птицы;
  • если грунт, на который производится монтаж электростанции, рыхлый, нужно позаботиться о его укреплении (бетонирование площадки);
  • любая электростанция требует периодическое обслуживание, которое заключается в чистке основных элементов, поэтому генератор должен быть установлен таким образом, чтобы в любой момент можно было к нему получить полный доступ.

Репортаж про обратную сторону установки ветрогенераторов — про проблемы от их установки


Стоимость

Если брать во внимание, что средняя мощность, необходимая для полноценного обеспечения электричеством дом, составляет 500-1000 кВт, то энергия ветра оказывается не такая уж и бесплатная. Все дело в том, что стоимость оборудования напрямую зависит от требуемой мощности. Генераторы на 10-12 кВт, указываемые как ветрогенераторы малой мощности, обойдутся покупателю в 20-30 тыс. рублей. И это если брать китайские модели, не оснащенные мачтой и не предназначенные для ремонта. Более серьезные модели, отзывы о которых наилучшие, начиная от 5 вольт, обойдутся в среднем от 30 000 рублей. Полная стоимость комплекта электростанции, мощности которой хватит на обеспечение бытовых нужд, составляет порядка 160 тыс. рублей.

Большой рассказ про ветрогенераторы и их стоимость на примере конкретного решения

Цена заоблачная, но если смотреть далеко вперед, то ее окупаемость составит всего 12 лет.

Производители

Отечественные производители ветрогенераторов, которые закрепились на рынке и зарекомендовали себя с лучшей стороны:

  • «Ветро-Свет»;
  • «Rkraft»;
  • «СКБ Искра»;
  • «Сапсан-Энергия»;
  • «Ветроэнергетика».

Эти организации не только производят изготовление по индивидуальному заказу, но и предоставляют услуги по расчету и проектированию ветровых электростанций на любой вкус, выбрать наиболее подходящее оборудование, основываясь на личных замерах, расчетах и показателях желаемой мощности.

Среди зарубежных производителей особой популярностью пользуются модели следующих производителей:

  • Китай: Ming Yang, Sinovel, Goldwind;
  • Дания: Vestas;
  • Испания: Gamesa;
  • Индия: Suzion;
  • США: GE Energy;
  • Германия: Siemens, Enercon.

Зарубежные производители отличаются повышенным уровнем качества, который достигается за счет наличия высокотехнологического оборудования. Однако, установка таких электростанций предполагает наличие дорогостоящего ремонта, запчастей для которого в отечественных магазинах не найти.

Интересное мнение: профессор Довиденко рассказывает, почему в России не торопятся строить ветрогенераторы


Своими руками

С каждым годом интерес к ветрогенераторам растет, заставляя людей отказываться от привычных энергоресурсов и переходить на альтернативные. Их высокая и для многих недоступная стоимость всего комплекта наталкивает на мысль о создании ветряка своими руками. Самодельный электрогенератор обойдется потребителю в 3-5 тыс рублей, 90% суммы которой отводится на качественный аккумулятор, способный длительное время держать заряд.

Достоинства самодельного создания ветрогенератора велики. Обладая простыми навыками можно построить мини электростанцию, которая сможет в незначительной степени разгрузить основную линию электропитания. Наиболее легким вариантом является ветряк с вертикальной вращательной осью. Она не требует создания опоры и высокой мачты, легко и просто монтируется, а также обладает неплохими характеристиками. Рассчитать ее мощность также не составит труда, а сколько гордости вызовет ветровая электростанция, созданная самостоятельно.

ветрогенератор своими руками

Таким образом, какая бы мощность не была у ветровой электростанции, стоимость ее оставляет желать лучшего. Безупречная экологичность и безопасность для здоровья конкурируют с заоблачной стоимостью самой конструкции. В том случае, когда альтернативных источников энергоснабжения не наблюдается, ветровая электростанция, какой бы она марки не была, способна обеспечить дом электричеством. Многие люди, которым недоступно пользование привычными энергоресурсами, дабы удешевить стоимость ветрогенератора, присваивают ему второстепенную роль, отдавая предпочтение бензиновым или дизельным аналогам. С незначительными задачами и расходами электричества они справляются на ура, при этом не стоят как половина автомобиля.

Источник: generatorexperts.ru

Конструкция ветрогенератора

 

Сам ветрогенератор состоит из следующих основных частей:

 

 

 

  • Ротор (лопасти ветряной электростанции) — преобразует энергию ветра в энергию вращения. Большинство современных роторов ветровых турбин состоит из трех лопастей.
  • Современные лопасти ветряных электростанций в диапазоне 30 метров в длину, как правило, изготовлены из армированного стекловолокном полиэстера или древесно-эпоксидной смолы. Скорость вращения лопастей от 12 до 24 оборотов в минуту на низкой скорости.
  • Редуктор повышает скорость вращения вала с низкой скорости (приблизительно от 12 до 24 оборотов в минуту) до высокой скорости вращения (примерно 1000 — 3000 оборотов в минуту), и приводит в движение генератор. Некоторые современные ветряки имеют генератор, подключенный напрямую к лопастям.
  • Генератор использует магнитные поля, чтобы преобразовать результирующую вращательную энергию в электрическую энергию.
  • Анемометр и флюгер расположены на задней стороне корпуса ветровой турбины и измеряют скорость ветра. Собранная информация используется системой управления для того, чтобы вырабатывать максимальное количество энергии. Данные скорости ветра также используются для контроля работы и позволяют операционной системе начинать и останавливать турбину. Современная ветряная электростанция начинает вырабатывать энергию при скорости ветра от 4 м / с и выключается при скорости около 25 м / с. Механизм рыскания поворачивает ротор в преобладающее направление ветра.
  • Башня ветрогенератора изготавливается из стальных труб, хотя решетчатые башни до сих пор используются в некоторых странах. Башни для современных ветровых электростанций бывают высотой от 60 метров до 100 метров.
  • Трансформатор преобразует напряжение, которое требуется для электрической сети. Трансформатор может быть встроен в башню или расположен у основания башни.

 

Устройство ветрогенератора

Лучшие места для установки ветряных электростанций — это прибрежные районы, которые открыты сильным и постоянным потокам ветра. Некоторые ветрогенераторы устанавливают прямо в море. Лопасти специально поднимают на максимальную высоту, туда, где ветер имеет наибольшую силу.

 

 

 

 

Плюсы использования ветровых электростанций (ветрогенераторов):

 

 

 

 

  • Ветряная энергия довольно дешева, генераторы не нуждаются ни в каком топливе
  • Не производит выбросов, или отходов производства энергии
  • Отлично подходит для обеспечения энергией отдаленных районов

 

 

 

 

Недостатки ветрогенераторов

 

 

 

 

  • Ветер не всегда предсказуем – иногда бывают периоды без ветра по несколько дней
  • Земля под ветрогенераторы рядом с побережьем обычно стоит недешево

 

Одна из самых распространенных проблем в поиске подходящих мест для строительства ветровых турбин является движение военных и гражданских самолетов. Вот почему авиация является одним из первых вопросов, которые исследуются при строительстве ветрогенератора в определенном месте. Здесь есть проблемы и использования радаров и физической посадки – взлета самолета.

Но проблем с авиацией можно избежать несколькими способами:

 

 

 

 

  • Снижение общей высоты турбины ветрогенератора
  • Уменьшение количества или ориентации турбин

 

Проектирование и создание проекта ветряной электростанции проводится в несколько этапов. Проводится полное технико-экономическое. Это технико-экономическое обоснование включает в себя подробные освещение пунктов о местных радарах, авиации, археологии, животного мира, доступе телекоммуникаций, гидрологии местности и расположении.

 

 

 

 

Строительство ветряной электростанции

 

Строительство ветряной электростанции может занять от 4 месяцев постройки одной башни ветрогенератора, до 2 лет — большой электростанции, состоящей из 20 и более турбин.

Срок службы ветрогенератора по проекту считается равным 20 – 25 лет. После этого генераторы или заменяются на новые или демонтируются. Причем в развитых странах демонтаж происходит самым тщательным образом – демонтируются все следы человеческого вмешательства в природу, убираются все остатки кабелей, деталей, строительного мусора, восстанавливается природный слой почвы.

Строительные работы, необходимые для строительства ветряной электростанции меняются от места к месту, но обычно включают следующие этапы:

 

 

  • Временная строительная площадка — размером примерно 50 х 50 м
  • Основание ветряной башни ( из железобетона ) Бетонированная площадка ( в том числе для стоянки автотранспорта), прилегающая к турбине — обеспечивает стабильную основу, на которой держится сама башня генератора.
  • Здание контроля и управления — площадь примерно 6м х 6м, здание строится для размещения электрических распределительных устройств, приборов учета и т.д.

 

Альтернативные и возобновляемые источники энергии пользуются огромной популярностью во всем мире. Стоит отметить, что крупнейшая интернет компания Google, также использует для своего оборудования энергию ветровых электростанций. В Австралии, США, Канаде, Европе сила ветра используется на благо цивилизации. Развитые и развивающиеся страны наращивают потенциал ветровой энергии, возможно что в Европе и Северной Америке уже через несколько лет основным источником энергии станет сила ветра (сейчас этот показатель составляет от 20 до 40 %)

Ян Волховский, promplace.ru

 

Источник: promplace.ru

С чего всё начиналось

ВетрякиСуществует 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

Парк ветряков

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

Энергия ветра

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.

Источник: ekoenergia.ru

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.

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.


* Дополнительные прямые и косвенные затраты, которые приходится нести государству, другим хозяйствующим субъектам, людям из-за деятельности данного предприятия, например на очистку воды и воздуха, на лечение и т. д. Разумеется, такие подсчёты вряд ли могут быть очень точными, и существует простор для спекуляций в ту или иную сторону.

Источник: elementy.ru

История использования энергии ветра

Ветряная мельница известна много вековВ древнем городе Вавилон в третьем тысячелетии до нашей эры уже пользовались энергией ветра. Расцвет экономики этого региона наступил в 6-ом веке до нашей эры, и именно на эту эпоху приходится самое большое число технических открытий. Тогда было создано первое устройство, которое позволяло осушать болотистые местности. В древнем Египте с помощью ветра были созданы первые ветряные мельницы для производства муки из зерна. В Китае пошли еще дальше, там в это же время велась откачка воды с рисовых полей механизированным способом. И вращали лопасти этих устройств именно ветряные потоки. Европа в этом отношении не была в первых рядах, ветряные технологии дошли сюда только в 12-ом веке нашей эры.

Но все эти три тысячи лет были только подготовкой к существенному рывку технического прогресса, который произошел в 20-ом веке. Человечество придумало, каким образом не просто заставлять ветер вращать какие-либо лопасти, а как вырабатывать электроэнергию, чтобы обеспечивать работу самых разных машин. Такое открытие стало по-настоящему прогрессивным, оно перевернуло всю историю использования ветра. На данный момент на Земле работают электростанции, которые являются представителями далеко не первого поколения. Современные, технологичные, экономичные станции украшают многочисленные районы нашей планеты, способствуя улучшению экологии и здоровья людей.

Преимущества ветряных электростанций

Плюсы и минусы ветряных электростанцийУстановить ветряную электростанцию где угодно не получится. Для этой цели подходят только те районы, где наблюдаются постоянные сильные ветра. Но и здесь есть свои нормативы. Если в местности преимущественно дует ветер со скоростью от 4,5 м/с, то строительство ветряной станции будет эффективным. Причем, такую электростанцию можно строить как отдельно стоящую, так и несколько станций, объединенных в систему, то есть каскад станций. Такие сети станций называют ветряными фермами, в этом случае несколько ветряков работают на один энергоблок. Таким образом достигается максимальный энергетический эффект при существенной экономии на строительстве и оснащении.

На данный момент наибольшее количество ветряной энергии производят в Соединенных Штатах. Если же говорить о Европе, то лидерами в этой сфере являются Дания, Нидерланды, Германия и Великобритания. Причем, в Германии работает наиболее мощная электростанция, которая в электроэнергию преобразует силу ветра. Она вырабатывает ежегодно до 7 миллионов кВт/часов энергии. Ветряная ферма Aeolus II поставляет электроэнергию в 2 тысячи домов. Если учесть, что на планете на сегодняшний день работает более 20 тысяч ветряных ферм, то можно представить, сколько электричества производится с помощью обычного природного явления – ветра. Такое широкое развитие отрасль получила благодаря массе преимуществ. Есть и недостатки, но они легко устраняются, а вот плюсы работают долго и эффективно. Итак, ветряные электростанции ценятся человечеством по нескольким причинам.

Стоимость эксплуатации ветроэлектростанции очень низкая. Для ее успешной работы не нужен многочисленный персонал, не требуется его обучение. Покупка и регулярная замена дорогостоящих блоков также не требуется.

Однажды правильно выбранное место расположения для электростанции гарантирует несколько десятилетий бесперебойной и качественной работы, получение должного объема энергии. Точность выбора места требует огромного внимания: подробный и тщательный анализ обеспечит в дальнейшем и экологичность процесса и его финансовую выгоду для собственника.

Электростанция, работающая при помощи ветра, это практически совершенно чистый объект в плане экологии. Чистота окружающей среды выражается и в системе работы, и в процессе передачи энергии, и в ее использовании. Кроме того, ветряная станция не может навредить окружающей среде даже в случае ее разрушения, что нельзя сказать о гидроэлектростанции или о станции атомной. Ветряная электростанция не производит выбросов в окружающую среду, она не изменяет ландшафт, не нарушает природную экосистему. Никаких вредных воздействий ни на территорию, ни на озоновую оболочку Земли нет.

Топливо или источник энергии у ветряной станции – возобновляемое. Это ветер, который не нужно где-либо добывать и транспортировать на место расположения станции. Поэтому финансовый эффект от работы ветряков максимальный. Транспортировать электрическую энергию приходится только до источника потребления. Практика показывает, что потребитель практически всегда находится рядом, поэтому не приходится тратить большие деньги на строительство коммуникаций. Кроме того, не происходит потерь энергии во время транспортировки, а они иногда приносят очень серьезные убытки компании-собственнику.

Вблизи от ветряной электростанции не надо выстраивать «мертвую» зону, как около других станций. Все земли можно использовать в сельскохозяйственных целях, ведь ветряки никак не вредят окружающей среде.

Расходы на получение ветряной энергии хоть и минимальны, но все же существуют. Преимущество этих расходов – их стабильность. А вот стоимость энергии для продажи постоянно растет. Следовательно, размер чистой прибыли владельцев ветряных станций постоянно растет. Причем конкурентоспособность на рынке энергии ветряной ресурс имеет очень высокую. Стоимость энергии в разы дешевле, чем та, которая получена на ГЭС, АЭС.

Недостатки ветряных электростанций

Недостатков немного, но противники строительства ветряков их активно муссируют в прессе. Но все эти недостатки скорее всего представляют собой трудности при ведении этого бизнеса, которые можно минимизировать.

Высокий входной барьер в бизнес. Для того, чтобы начать получать ветровую энергию, надо построить ветряную ферму. Предстоят затраты на высокоточные расчеты для определения местности постройки, также надо будет вложить деньги в покупку оборудования и его монтаж на выбранной территории. Именно стоимость ветряной электростанции, стоимость оборудования являются основной строкой затрат, но здесь можно воспользоваться услугами инвесторов, банковским кредитованием и пр.

Весьма существенный недостаток ветряной станции – невозможность точного прогноза, сколько электроэнергии будет получено в определенный отрезок времени. Предугадать, насколько сильным будет ветер, и будет ли он дуть вообще, невозможно. Поэтому при ведении данного вида бизнеса существуют существенные риски. Но минимизировать их можно, если тщательно выверить координаты расположения станции на стадии ее планирования. Такой анализ основывается на многолетних показаниях скорости ветра.

Многие противники ветряных станций утверждают, что лопасти издают сильный шум, который негативно влияет на окружающую среду. Но современные технологии позволили измерить уровень шума и изучить его воздействие. Оказалось, громкий звук от работы лопастей действительно присутствует, но уже на расстоянии 30 метров от источника он слышен только на уровне фона. Для сведения: фон – это уровень шума естественной окружающей среды.

Защитники птиц выступают активно против строительства ветряных станций. В этом случае аргументы также легко разбиваются об анализ вреда, наносимого другими техногенными объектами птицам. Подсчет показал, что количество птиц, попадающих под лопасти ветряков, ничем не отличается от числа пернатых, которые погибают в других местах, к примеру, на высоковольтных линиях передач.

Еще одна весьма сомнительная гипотеза противников ветряной энергии – искажение телевизионного сигнала вблизи от фермы. В современном мире все большую популярность приобретает спутниковое ТВ, цифровое ТВ, эфирного телевидения остается все меньше и меньше, поэтому приему сигнала в квартирах и домах ничто помешать не может.

Ветряные электростанции делают жизнь немцев невыносимой :

Достижения ветряного направления в энергетике

ШотландияВетроэнергетика в мире получила в последние годы значительное развитие. Показательны результаты ветряной энергетики в Шотландии. Здесь ветряками вырабатывается электроэнергии на 25% больше, чем потребляют все жилые объекты страны, а это более трети всего энергопотребления. И самое интересное, что правительство Шотландии поставило задачу – к 2020 году все потребности в электричестве удовлетворять за счет работы ветряных электростанций. И шотландцы готовы на это потратить почти 46 миллиардов фунтов стерлингов. Взята стратегия на закрытие атомных станций и на развитие солнечных и ветряных электростанций.

Недавно в Канаде установили юбилейную ветряную станцию. Порядковый номер этого объекта – 1500! Полмиллиона жилых домов можно снабжать электроэнергией ветряных станций. Причем первая ветряная турбина в этой стране была установлена всего 10 лет назад. И если на данный момент доля ветряной энергетики занимает 3% в экономике Канады, то к 2025 году планируется увеличить этот объем до 20%.

Испанский остров Эль Хьерро давно заявил о своей энергетической независимости. Ветро-приливная электростанция вырабатывает более 20% всего электричества. Столько же дает атомная энергетика, чуть меньше – ТЭЦ и ГЭС. Солнечные батареи вырабатывают около 5% электричества, потребляемого на острове.

На Ямайке построена гибридная станция, которая одновременно работает и на энергии ветра и на солнечной энергии. Ее мощность – более 110 кВт/ч в год. Владелец электростанции – производитель оборудования для таких станций. Собственник утверждает, что окупается довольно дорогое оборудование за 4 года, а затем за 25 лет эксплуатации станция даст экономию 2 миллиона долларов.

Российская ветроэнергетика

Все перечисленные плюсы ветроэнергетики, которые присутствуют в других странах, в России работают слабо. Стоимость киловатта электроэнергии ветровой в 3-8 раз превышает цену обычного традиционного электричества. Причин тому много, но главная – слабое внимание к этому альтернативному источнику энергии. Следствием такого отношения является то, что за год в России производится ветряными фермами столько электричества, сколько в Китае, например, за 2 часа. Ветроэнергетика в России – очень обширная тема, и ее мы обсудим в следующей статье.

Почему в России не строят ветряные электростанции :

Источник: altenergiya.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.