Версия 14:28, 7 июня 2013

§ 21. Ветер

Около 1 % солнечной энергии, которую по лучает Земля, приводит в движение атмосферные воздушные массы. Это происходит, когда воздух начинает перемещаться из-за разницы температур в различных местах Земли. В целом эта энергия в 100 раз превышает все энергопотребление в мире. Но только маленькая часть этой энергии используется на практике.

Человечество научилось использовать энергию ветра на ранней стадии своего развития. Уже 3000 лет назад человек пускался в плавание на длинные расстояния, используя ветровую энергию. Сегодня ветряные источники энергии переживают свое второе рождение и используются все больше и больше.

Ветряные электростанции производят электроэнергию только тогда, когда дует достаточно сильный ветер. Для ветряных турбин с горизонтальной осью вращения он должен превышать 4–5 м/сек — если их мощность велика, более 200 кВт, или 2–3 м/сек, если их мощность менее 100 кВт. Подобные ветроэлектростанции обычно состоят из башни, на вершине которой располагается кабина с электрогенератором и редуктором, к оси которого прикреплены лопасти ветровой турбины. Кабина с машинным отделени ем поворачивается в зависимости от направления ветра, используя электрический мотор или сам ветер.

Менее распространены ветряные электростанции с вертикальной осью вращения. Их преимущество — расположение электрогенератора на земле, отсутствие необходимости ориентации на ветер. Однако эта ветротурбина требует для нормальной работы значительно более высоких скоростей ветра и предварительной раскрутки от внешнего источника. Изменчивая природа ветра рождает основную проблему ветроэнергетики — переменную в каждый момент времени мощность ветряной электростанции. Поэтому невозможно получить от одной изолированно работающей ветроэлектростанции стабильный по величине мощности источник энергии. Для преодоления этого недостатка ветроэлектростанция должна иметь аккумуляторы электроэнергии, что и делается для ветроэлектрических установок небольшой мощности, или она должна быть присоединена к энергосистеме. В энергосистеме использование энергии ветра будет приводить к экономии органического топлива. Кроме того, в энергосистеме, включающей в себя гидроэлектростанции с большими водохранилищами возможно аккумулировать энергию ветра в больших объёмах. Аккумулирование энергии ветра возможно в больших объёмах за счёт производства водорода.

Ветровая энергия широко используется в странах, имеющих благоприятный ветровой климат, плоский рельеф и испытывающих недостаток в других природных энергетических ресурсах, таких, как нефть, газ, уголь. К числу передовых стран по использованию ветровой энер- гии относятся, прежде всего, Германия, Дания, Испания, США. Мировым лидером является Германия, в которой отказались в 90-х годах от строительства атомных электростанций и за короткое время построили более 8700 МВт ветроэлектрических агрегатов, выработка которых превышает выработку атомной электростанции в 3000 МВт. Серийная единичная мощность ветроэлектрических агрегатов увеличилась за последнее время с 400 кВт до 2,5–3 МВт. В число ведущих стран по использованию энергии ветра вошла Индия, где на настоящее время построено столько же ветротурбин, сколько и в Дании. Производство ветряных электростанций стало важной частью экспорта Дании и Германии. Эта отрасль в последние 10 лет обеспечила работой более 50 000 человек в Европе и развивалась быстрее, чем отрасль телекоммуникации (мобильная связь)!

Применение ветроэнергеэтики — не только вопрос уровня развития технологии и наличия ветроресурса. В Дании ветроресурс выше, чем в Германии, но в Германии ветроэнергетика развивается более интенсивно, поскольку приняты политические решения, способствующие внедрению возобновляемых источников энергии. В России за последние 5 лет построено и пущено в эксплуатацию несколько новых ветроэнергетических установок. В Башкирии установлены 4 агрегата по 550 кВт, в Калининградской области, на берегу моря стоит уже 20 установок, и установленная мощность ветропарка составила 4,5 МВт на Командорских островах возведены две ветротурбины по 250 кВт каждая, в Мурманске вошла в строй одна ветроустановка мощностью 200 кВт. Общая установленная мощность ветроагрегатов в России в 2003 г превысила 10 МВт.

Бывшие федеративные республики СССР, ныне — независимые государства, тоже приступили к освоению своих потенциальных ветроэнергоресурсов. В Украине даже принят специальный закон облегчающий создание и работу ветроэнергетических станций. Согласно данным международной статистики, установленная мощность ветроагрегатов Украины превысила 5 МВт. В целом быстро осваивают свои ресурсы энергии ветра там, где нет собственных топливных ресурсов и там, где потребитель очень удален от энергосистем. Так, в Эстонии и других странах Балтии, ветроустановки распространены на хуторах, на островах Балтийского моря и в прибрежных районах. В Беларуси возведено несколько ВЭУ суммарной мощностью около 1 МВт. Активно занимаются ветроэнергетикой в Республике Казахстан. Там подготовлен инвестиционный проект ветроэлектрической станции Джунгарские ворота, мощностью 5 МВт.

Другие республики, расположенные в Средней Азии так же могут использовать наличие на своих территориях пустынь, степей, предгорий и морских побережий, где режим ветра позволяет возводить ВЭУ. Однако, у некоторых из них имеются значительные ресурсы углеродного ископаемого топлива, которые могут успешно конкурировать с энергией ветра, например в Туркменистане. В Азербайджане также есть богатые запасы нефти и газа. В то же время дальновидной политикой является сохранение невозобновляемых топливных ресурсов и развитие возобновляемых.

Наиболее сложная ситуация в Армении и Грузии. В горах ветер конечно есть, но там трудно определить точно перспективные площадки для ВЭУ. Строительство в горах также существенно сложнее, чем на равнинах. Кроме того, в Армении имеется вновь запущенная атомная электростанция. Хотя местоположение её на геологическом разломе не даёт полной уверенности в её долговременной надёжности и безопасности. Российская Федерация — это страна с самой большой территорией на Земле, расположенной в разных климатических поясах, что определяет высокий потенциал энергии ветра. Технический потенциал составляет более 6200 миллиардов киловатт часов, или почти в 7 раз превышает всё современное производство электроэнергии в стране (876 млрд. кВтч в 2000 г). Наиболее сильные и устойчивые ветры в России наблюдаются по побережьям морей и океанов, в районах степей и пустынь. Как раз здесь крупные ветропарки могли бы обеспечить значительный объём электроэнергии, так как мощность ветрового потока, а значит и его энергия, находятся в кубической зависимости от скорости ветра! Таких мест в России не много — это восточное побережье острова Сахалин, крайний юг Камчатки, окрестности поселков Певек и Билибино на Чукотке, прибрежные районы Магаданской области, расположенные вблизи высоковольтных сетей «Магаданэнерго», южное побережье российского Дальнего Востока, вблизи высоковольтных сетей Владивосток, Николаевск-на-Амуре — Комсомольск-на-Амуре, в степных районах вблизи реки Волга, в степях и предгорьях Северного Кавказа и на Кольском полуострове. Здесь имеются крупные промышленные потребители, существует развитая сеть линий электропередач и возможность компенсировать нестабильность поступления ветровой энергии за счёт работы гидроэлектростанций.

Большая часть территорий с повышенным ветровым энергопотенциалом — малонаселенные тундры и степи, арктические пустыни. Здесь применение энергии ветра возможно для снабжения электроэнергией удаленных, изолированных малых потребителей. В настоящее время эти потребители используют дизель-электрические генераторы. Внедрение здесь ветроэлектрических агрегатов позволит сэкономить дорогое привозное дизельное топливо и снизить выбросы парниковых газов от сжигания этого топлива. При высокой плотности населения всегда возникает конфликт между различными интересами в отношении использования земли. В Европе, в связи с этим, возникла проблема отсутствия свободных площадей под крупные ветропарки. Основную массу протестов против строительства новых ветропарков вызывает так называемое «визуальное воздействие» на ландшафт. Во избежание этого, в настоящее время обычным стало размещение новых крупных ветропарков на неглубоких прибрежных акваториях морей, вдали от людных побережий. При этом так называемое «оффшорное» расположение ветропарка улучшает его энергетические показатели. В Европе планируется получить более 10 % электропотребления от подобных «оффшорных» ветропарков. Как и любая новая отрасль человеческой дея- тельности, ветроэнергетика оказывает влияние на окружающую среду. Шум от ветроагрегатов, столкновение птиц с лопастями ветротурбин, влияние ВЭУ на радио сигналы — вот аргу- менты, наиболее часто используемые против развития ветроэнергетики. Правильное плани- рование размещения ВЭУ позволяет избежать расположения ветроэлектрических станций в наиболее «чувствительных» местах, и на прак- тике таких проблем не возникает. Особенно перспективно развитие ветроэнерге- тики в комплексе с другими возобновляемыми источниками для энергоснабжения изолиро- ванных населенных пунктов, удаленных от дру- гих энергоисточников.