Устройство, принцип работы, преимущества и недостатки ветряных электростанций. Будущее за ветроэнергетикой

Ветрогенератор – устройство для преобразования кинетической энергии ветра в механическую, а затем в электрическую. По количеству вырабатываемой электроэнергии такие устройства делятся на большие, мощностью более 100 кВт, и малые, мощностью менее 100 кВт.

Большие, мощностью до нескольких мегаватт, используются в качестве единичных элементов ветровых электростанций, которые передают энергию в магистральные электросети для большого числа потребителей. Размещаются ветровые электростанции на берегах морей, крупных водоёмов и в пустынных местностях. Обязательным атрибутом при их развёртывании является инфраструктура для передачи энергии в линии электропередач.

Отдельные малые ветрогенераторы, о которых пойдёт речь в этой статье, нашли применение для электроснабжения частных домов и автономных объектов различного назначения – телекоммуникационных вышек, уличного освещения, элементов систем управления дорожным движением. Устанавливаются они рядом с объектом и нередко дополняются или дизель-генератором.

Принцип работы

Ветрогенератор представляет собой комплекс из нескольких устройств:

Принцип работы устройства состоит в том, что напор (давление) ветра вращает ветроколесо, которое передаёт вращение на ротор генератора. Ротор генератора возбуждает переменный ток в обмотках статора генератора, который поступает на контроллер. Контроллер этот ток преобразует в постоянный и им заряжает аккумулятор.

Все потребители получают энергию от аккумулятора через инвертор (220 В) или напрямую (12, 24, 48 В – в зависимости от числа батарей). Напрямую энергия ветряка не передаётся потребителям, что связано с нестабильностью параметров получаемого им тока.

Типы ветряных электростанций

Существуют следующие критерии для классификации ветряных электростанций:

1. Количество лопастей. Ветродвигатели с числом лопастей до 4 именуются малолопастными и быстроходными. С количеством лопастей от 4 и более многолопастными и тихоходными. Деление по этому критерию обусловлено тем, что чем меньше число лопастей, тем, при прочих равных условиях, ветродвигатель имеет большее число оборотов.
2. Номинальная мощность. Критерий достаточно условен, но применяется следующая градация: до 15 кВт бытовые (для частных домов, портативные), 15-100 кВт полупромышленные (для небольших ферм, магазинов, насосных станций), 100 квт- единицы МВт промышленные – предназначены для генерации энергии, используемой большим количеством потребителей.
3. Направление оси вращения. Этот критерий является самым основным, так как влияет на основные характеристики ветряка:
   • С горизонтальной осью вращения. Чаще всего двух или трёхлопастные, быстроходные. К достоинствам таких устройств относятся: быстроходность, а значит более простой генератор; высокий коэффициент использования энергии ветра и, как следствие, более высокий КПД; простота конструкции. К недостаткам относят: высокий уровень шума, необходимость высокой мачты для установки.
   • С вертикальной осью вращения. Известно много разновидностей по конструктивному исполнению – ветрогенераторы Савониуса, роторы Дарье, геликоидный ротор, многолопастные ветрогенераторы. По мнению автора статьи достоинства всех таких конструкций, весьма сомнительны. Эти устройства имеют сложную конструкцию, требуют сложного генератора, имеют низкий коэффициент использования энергии ветра (0,18-0,2 против 0,42 у горизонтальных). К достоинствам относят малый уровень шума, возможность установки на небольшой высоте.

Вопрос выбора

При выборе устройства необходимо ответить на следующие вопросы:

• Необходимая мощность в кВт. Требуется оценить суммарное потребление в месяц и по этому критерию выбирать электростанцию;
• Производитель оборудования. Необходимо чтобы продукция была сертифицирована для использования на территории РФ, тогда можно быть уверенным, что характеристики прибора соответствуют национальным нормам по уровню шума и электромагнитным помехам. Обратите внимание на срок гарантии и срок службы прибора, он должен быть не менее 15 лет. Узнайте о сервисном обслуживании и гарантийном ремонте оборудования. Не будет лишним узнать отзывы о производителе и продавце от других пользователей.
• Требуемое место для установки ветряка. Исходите из ваших реальных возможностей. Если есть возможность для установки высокой мачты с горизонтальным типом устройства, то отдайте ему предпочтение. В противном случае рассмотрите вариант конструкции с вертикальной осью вращения.
• Цена. Не всегда лучше то, что дороже. Здесь, как и везде, можно переплачивать за бренд или за возможности, совершенно вам ненужные. Чётко определите свои требования к устройству, не заказывайте ненужных компонентов.

Если есть возможность для установки высокой мачты с горизонтальным типом устройства, то отдайте ему предпочтение

Установка

При установке следует помнить, что в РФ нет запрета на установку ветровых электростанций мощностью ниже 75 кВт и налогами они не облагаются. Но всё же нелишним будет ознакомиться с нормативными актами по установке и использованию таких устройств для каждой конкретной местности.

На что стоит обратить внимание:

• Допустимая высота установки мачты;
• Наличие линий электропередач вблизи предполагаемого места установки;
• Допустимый уровень шума в децибелах;
• Наличие эфирных помех от работающей электростанции.

Допустимая высота регламентируется местными нормативными актами, а вот размещать мачту вблизи линий электропередач нельзя.

Для двух последних пунктов необходимо взять данные из технических характеристик электростанции. У сертифицированных в РФ поставщиков и производителей, данные характеристики соответствуют местному законодательству.

Неплохим шагом будет получение согласия на установку от соседей и обслуживающей территорию организации, при её наличии. Согласие необходимо получить в письменном виде.

Когда все формальности утрясены необходимо определить конкретное место установки мачты. Следует учесть, что эффективность будет выше, если поблизости нет деревьев, высоких домов и мачта стоит на возвышении. Выбирать место установки следует так, чтобы близлежащие строения и деревья не находились перед ветряком. Неправильным будет и располагать мачту на холме, перед обрывом.

Устанавливать мачту необходимо в строгом соответствии с инструкциями производителя. При необходимости следует привлечь квалифицированных специалистов и спецтехнику.

Стоимость

На рынке доступны ветровые электростанции для дома мощностью от 0,4 кВт до 75 кВт различных производителей. Разброс цен на устройства одной и той же мощности достаточно велик.

Рассмотрим таблицу:

Модель	Мощность, кВт	Цена, руб
EDS Group Condor Home	0,5	89600
EDS Group Condor Home	3	195400
EDS Group Condor Home	5	285000
EDS Group Condor Air	10	770000
EDS Group Condor Air	30	1790000
EDS Group Condor Air	50	2850000
ООО «Энергоспецсервис»	1	94000
BEKAR	1	171800
HY 400-L	0,4	66430
Энергосток	3	98000
Энергосток	5	220000
Энергосток	10	414000
Энергосток	30	961000
Энергосток	50	3107000

В чём же дело? А дело в том, что производители часто указывают цену только за часть необходимого комплекта оборудования. Рассмотрим для примера продаваемый компанией Энергосток ветряк на 2 кВт. На сайте значится цена 57600 руб., но зайдём в детальное описание товара.

А там есть цена полного комплекта оборудования: ветрогенератор, контроллер, инвертор, АКБ, мачта. И цена полного комплекта составит 176800 рублей. Отсюда вывод – обязательно уточняйте цену за весь комплект!

Средние цены на генераторы российского и китайского производства следующие: 1 кВт 100-120 т.р., 3 кВт – 200 т.р., 5кВт – 300 т.р., 10 кВт от полумиллиона, а мощные устройства 20 и более кВт будут стоить более миллиона рублей. Если покупать оборудование западного производителя или США, то цены будут выше на 20-30%.

Ветряные электростанции своими руками

Если вы собрались изготовить ветрогенератор, то стоит обратить внимание на ресурсы Сети, которые предполагают 2 подхода: первый заключается в том, чтобы собирать все элементы своими руками, а второй предполагает покупку готовых комплектующих.

При сборке наибольшую трудность вызывает изготовление ветроколеса. Изготовить лопасти для конструкции с горизонтальной осью вращения с требуемыми аэродинамическими характеристиками непросто. Здесь два выхода: или платить за изготовление мастерской с необходимыми инструментами и опытом, либо смотреть в сторону конструкции с вертикальной осью вращения, для которой лопасти можно изготовить из обычной бочки.

Генератор можно приобрести подержанный, использовать двигатель стиральной машины или промышленного . Существует большой выбор готовых генераторов и комплектующих для их сборки на основе ниодимовых магнитов.

Изготовление мачты - это очень ответственный этап, ведь от него зависит безопасность эксплуатации всей конструкции. Отнестись к нему нужно тщательно, доверив расчёты прочности конструкции специалисту.

Контроллеры, инверторы и аккумуляторные батареи лучше приобрести готовые.

Схема устройства ветряной электростанции для самостоятельного изготовления

Устанавливать или нет

При решении вопроса целесообразности установки ветряной электростанции нужно получить следующие исходные данные:

Алгоритм оценки окупаемости ветряка следующий:

• По карте ветров и техническим характеристикам устройства определить вырабатываемую мощность для летнего и зимнего периодов или помесячно. Например, для рассмотренного выше устройства номиналом 2 кВт, вырабатываемая мощность при скорости 5 м/с составит 400 Вт;
• По полученным данным определить годовую генерируемую мощность;
• По стоимости киловатт-часа определить цену сгенерированной электроэнергии;
• Поделить стоимость комплекта ветрогенератора на полученную цифру и получится окупаемость в годах.

Для внесения поправок в расчёт следует учитывать:

• Аккумуляторные батареи придётся менять не реже одного раза в три года;
• Срок службы современного ветрогенератора 20 лет;
• Необходимо обслуживать устройство. Стоимость и сроки обслуживания необходимо уточнить у продавца оборудования;
• Стоимость киловатт-часа растёт каждый год, за предыдущие 10 лет она увеличилась более чем в 3 раза. На 2017 запланирован рост тарифов минимум на 4%, так что можно исходить из этой цифры удорожания электроэнергии.

Если полученные цифры окупаемости не устраивают, но заиметь альтернативный источник энергии хочется или нет возможности подключения к централизованному электроснабжению, то следует рассмотреть варианты повышения эффективности ветряка и снижения затрат на его монтаж и обслуживание.

Возможны следующие варианты:

• Установка нескольких устройств меньшей мощности вместо одного большого. Это снизит цену основного оборудования, уменьшит затраты на установку и обслуживание, а также повысит производительность за счёт того, что малые ветряки имеют больший КПД при низких скоростях ветра;
• Установка специальной сетевой системы управления электроэнергией , совмещённой с центральной системой электроснабжения. Такие устройства сегодня можно найти в продаже.

• для электроснабжения даже большого частного дома достаточно мощности 10 кВт;
• оцените возможности электростанции по генерации электроэнергии в вашей местности;
• выбирайте правильное место установки ветрогенератора;
• контролируйте комплектность покупаемого оборудования;
• используйте пути повышения скорости окупаемости оборудования;
• если дорого покупать – сделай сам, это не так сложно.

С уменьшением количества полезных ископаемых человек обратился к иным видам источников энергии. Атомные станции, несмотря на свою высокую эффективность, продолжают пугать загрязнением природы. Чернобыль и Фукусима все еще на устах. Неудивительно, что человечество обратило внимание на природные источники энергии - солнце, ветер, тепло. Сегодня ветровая энергетика развивается семимильными шагами.

Все больше людей сталкивается с такими источниками и использует их в повседневной жизни. Хотя сама ветроэнергетика и является новой технологией, однако вокруг нее уже успело накопиться множество мифов. В большинстве своем они принадлежат на старых технологиях, а распространяют их многочисленных противники прогресса. Расскажем ниже об основных заблуждениях, связанных с этим направлением энергетики.

Ветровые турбины очень шумные. Согласно данному мифу человек не может находиться долго рядом с шумными ветровыми двигателями. Однако они работают довольно тихо. На расстоянии в 250-300 метров от ветроэлектростанции шум от ее работы не превышает громкость работы обычного домашнего холодильника. У работающих турбин звук похож на легкий свист, он намного тише относительно других современных установок. Даже в малонаселенных и сельских районах, где посторонние шумы не могут скрыть работу ветровых турбин, звук самого ветра является сильнее. Правда, стоит вспомнить и об исключении. Так, шумными являются старые агрегаты, которым уже более 20 лет. Да и современные турбины, расположенные на возвышенностях "тихими" назвать нельзя. В результате в холмистых местностях, где жилища располагаются на склонах или впадинах по направлению ветра от турбин, звук может распространяться дальше и быть более ощутимым. Однако для решения такого эффекта надо всего лишь при проектировании новой электростанции учесть расположение близлежащих домов, отступив от них на соответствующее расстояние. Те же машины, которые выпускаются сегодня, изначально спроектированы так, чтобы механические компоненты наименьшим образом шумели. Проектировщики стараются, чтобы оставался лишь наименьший шум от ветра, контактирующего с лопастями роторов.

Ближайшие к станции дома будут находиться в зоне "мерцания тени". Понятие "мерцание тени" означает процесс, который возникает при вращении лопастей турбинных лопастей между солнцем и наблюдателем. При этом возникает движущаяся тень. Однако мерцающая тень для домов, расположенных неподалеку от электростанции, проблемой никогда не является. Да и там, где это в принципе возможно, проблемы обычно легко решаются еще на стадии проектирования электростанции. Иногда мерцающая тень может раздражать тех, кто читает неподалеку или смотрит телевизор. Но такой эффект можно легко рассчитать, определив сколько именно часов в году это будет происходить. Это поможет легко определить проблему. Государство же предлагает ряд решений, чтобы сгладить последствия эффекта. Самое простое - планирование размещение станции и удаление ее от домов, другим способом может стать высадка деревьев.

Турбины генерируют помехи для телевизионных сигналов и других видов связи. Турбины могут создавать помехи в редких случаях, да и то их можно избежать. Большие ветровые установки, находящиеся на местности, могут становиться причиной помех телевидению или в радио, только если находятся в пределах прямой видимости. В современной ветровой энергетике используются различные методы для решения такой проблемы. Можно усовершенствовать антенну-приемник или же установить ретранслятор, который будет передавать сигнал в обход зоны расположения ветряков.

Внешний вид турбин довольно уродлив. Красота - понятие довольно субъективное. Для многих внешний вид турбин - величественен. У разработчиков планов ветровых станций есть инструменты для компьютерного моделирования, которые могут наглядно показать ее виртуальный вид с разных ракурсов. В итоге тщательное проектирование станции позволяет обычно решить проблемы уродливого внешнего вида.

От ветряных станций нет особой пользы для местных жителей, их собственность только уменьшается в цене. Никаких фактов того, что цена собственности снижается, если неподалеку находится коммерческая ветроэлектростанция, нет. В 2003 году в Америке проводились национальные исследования, которые специально изучали цены на недвижимость, расположенную около ветроэлектростанции. Оказалось, что наличие такого объекта не только никак не влияет на стоимость домов, но в некоторых случаях даже увеличивает ее.

Ветряные электростанции вредят туризму. Таких задокументированных свидетельств также обнаружено не было. Иногда ветровые турбины даже привлекают в эту местность гостей. Тогда местные власти сотрудничают с персоналом станции, чтобы устанавливать информационные доски и специальные указатели. Туристы уже на подъезде или близлежащих дорогах могут понять, где именно располагается такая необычная станция. Исследования показали, что для большинства туристов присутствие в местности ветровых установок не является поводом для отмены поездки. Так, в Палм Спрингз, Калифорния, установлены тысячи турбин. Они не только не отпугнули туристов, но даже и привлекли их. Здесь в гиды предлагают специальные автобусные туры для посещения ветровых установок.

Ветровые турбины опасные, ведь с лопастей может сорваться лед, что опасно для жизни людей. Иногда действительно может происходить падение льда, однако это не несет какой-либо опасности. Того удаления ветровых станций от мест постоянного проживания людей, которое обычно есть чтобы уменьшить звуковые эффекты, достаточно чтобы обеспечить и безопасность из-за падения льда. Да и большое намерзание льда на лопастях попросту невозможно. Ведь оно приводит к снижению скорости вращения лопастей. Турбина в результате будет отключена системой ее контроля.

Иногда с турбин срываются лопасти, а ветровые станции разрушаются. Сегодня ветровые турбины являются очень безопасными. Это позволяет их ставить даже около детских заведений, в сельских, городских и густонаселенных местах. Раньше действительно происходил срыв лопастей, но сегодня устройство турбин уже технически усовершенствованы. Все ветровые двигатели сертифицированы в соответствии с международными стандартами. Так, критерии, разработанные Germanischer Lloyd и Det Norske Veritas, включают в себя стандарты разной степени устойчивости к ураганам. Сегодня по всей Европе и Америке уже установлены тысячи ветровых турбин. Все они соответствуют самым высоким стандартам безопасности, которые гарантируют их надежную работу.

Ветровые турбины опасны для природы, из-за них погибает множество птиц и летучих мышей. Влияние растущей ветроэнергетики и ее распространение на птиц очень преувеличено. Оно значительно меньше другой обычной деятельности человека. Даже любое возможное развитие ветровой энергетики не окажет какого-либо воздействия на птиц. Ведь число смертей от установок такого типа составляет лишь малую часть от всего объема "человеческого фактора". Птицы гибнут от высотных зданий, домашних кошек, самолетов, строительства, экологических аварий. При этом проблема смерти пернатых из-за ветровых станций находится под особым вниманием. Так, на одной из самых старых объектов такого типа в Алтамонт Пасс, Калифорния, смерть хищных птиц является давней проблемой еще с 1980-х. Сотрудники этой станции постоянно работают вместе с официальными органами и экспертами по охране природы, чтобы максимально снизить опасное воздействие на пернатых. С 2003 года стали проводиться исследования по воздействию ветровых установок на летучих мышей. Ведь гибель этих млекопитающих в Западной Вирджинии в том же году привлекла внимание ученых и общественности. В ответ на это Национальная лаборатория по вопросам возобновляемой энергетики вместе с сообществом защиты летучих мышей до сих пор проводят исследования по взаимосвязи работы станций с гибелью этих животных. Такие исследования призваны уменьшить смертность, результаты работы постоянно публикуются. Хотя воздействие ветроэнергетики на популяции птиц и мышей невелико, промышленники серьезно относятся к вопросам потенциального взаимодействия с живыми существами. Помимо общих исследований на местах перед началом строительства объектов проводятся дополнительные изучения по воздействию на птиц. Стало уже общепризнанной практикой исследовать возможное воздействие на природу еще на этапе проектирования станции.

Ветровые электростанции разбивают на части зоны обитания диких животных. Обычно такие станции строятся около линий электропередач. Здесь ареалы обитания животных уже фрагментированы и изменены, тому причиной - развитое скотоводство и земледелие. Для самой станции требуется немного земли, чтобы разместить саму турбину, дорогу к ней и линии электропередачи. Земля же вокруг таких объектов может пользоваться и дальше в привычном режиме. Часто участки с пригодными ветровыми характеристиками находят на неосвоенных землях. Тогда фрагментация ареалов действительно может стать источником для беспокойства. Ведь луга и леса стоят все еще нетронутыми. Промышленность всячески поддерживает исследование этих мест, чтобы лучше понять возможное на них влияние. Надо сравнить возможное воздействие с тем, которое может наступить при отсутствии источников возобновляемой электроэнергии. Ведь это чревато глобальным потепление, выбросом загрязняющих веществ.

Ветровые турбины ненадежные и дорогостоящие, они не могут служить единственным источником энергии. Устройства сети таково, что для нее не требуется на каждый мегаватт, произведенный ветровой станцией, генерировать такое же количество энергии из других источников. Ни одна станция не может быть надежной на 100%, это сделало сеть такой, чтобы она имела больше источников, чем одновременно требуется. Такая сложная система была разработана специально, чтобы лучше реагировать на возможные прекращения работы одного из источников или же включения промышленных потребителей с высоким потреблением. В электросети таким образом существует довольно много переменных, которые учитываются оператором. Непостоянство ветроэнергетических установок является всего лишь одним из факторов работы всей сети. Есть ли вообще высоконадежные источники электроэнергии? Так, даже ядерные реакторы и угольные ТЭЦ отключаются с предупреждением незадолго до этого, чтобы провести техническое обслуживание или аварийный ремонт. Но ведь никто не стремится дублировать ядерные или тепловые станции такими же мощными объектами. Реалии таковы, что ветровая энергетика является надежной от природы. Ведь станции возводятся в ветреных местностях, модели сезонных движений воздуха где, могут быть спрогнозированы. В отличие от стандартных станций ветровые не надо полностью отключать при поломке или обслуживании. Если турбина неисправна, ее можно чинить, не отключая остальные установки от сети.

Ветровые турбины работают лишь малую часть времени. Оказывается, такие установки производят электричество большую часть суток, 65-80%. Естественно, время от времени меняется выдаваемая мощность. Но 100% своей мощности постоянно не может давать ни одна электростанция. Все они иногда закрываются на ремонт и техобслуживания или вырабатывают меньшую мощность ввиду отсутствия в данный момент спроса на электричество. Ветроэлектростанции возводятся на тех местах, где большую часть года дует ветер. Но колебания его ветра приводят к тому, что на производство максимальной мощности будет осуществляться лишь 10% времени. В итоге среднегодовое производство электричество будет составлять около 30% от номинальной мощности. Для станций на невозобновляемых источниках этот параметр колеблется от 0,4 до 0,8. Всего же для России в 2005 году общий коэффициент использования мощностей всех станций составил 0,5.

Ветровые турбины малоэффективны. Как раз наоборот, достоинством ветровых турбин является их эффективность. Наиболее простым способом определения общей эффективности технологии является общая эффективность. Оценивается количество потребляемой для производства энергии. Оказалось, что время возмещения для ветроэлектростанций практически не уступает показателям обычных объектов, местами даже превосходя их. Не так давно университет Висконсина провел исследование и обнаружил, что среднее возмещение энергии ветроэлектростанций Midwestern в 17-39 раз (зависит от текущей скорости ветра) больше потребленной энергии. А ведь для атомных станций этот параметр равняется 16, для угольных - 11. И в более широком смысле следует сказать об эффективности ветровых турбин. Ведь они производят электричество из природных источников, которые неисчерпаемы. При этом не наблюдаются социальные или экологические воздействия. Топлива не надо добывать, перевозить, отсутствует загрязнение окружающей среды. Нет проблем отходов, которые также надо куда-то везти и где-то хранить. Ветряные станции не усугубляют парниковый эффект, что свойственно ТЭЦ.

Ветровая энергия дорогая. Сегодня ветровая энергетика дает электричество такой же стоимости, как и новые станции, работающие на обычном топливе. Капитальные расходы на ветровые установки действительно более высокие, чем на традиционные источники энергии, к примеру, использующие газ. Но при этом отсутствуют и расходы на топливо, да и другие нормированные затраты (стоимость работы, технического обслуживания) такого направления энергетики оказываются в итоге конкурентными по отношению к другим источникам. Аналитики пришли к выводу, что ветроэнергетика снижает общую рыночную стоимость электричества. Ведь за последние 30 лет в Европе мощность турбин такого типа выросла почти в 300 раз, за это время стоимость производства уменьшилось на 80%. Каждые новые 5% рынка, отданные ветровой энергии, позволяют уменьшить стоимость электричества на 1%. За 5 последних лет ветроэнергетика в ЕС ежедневно давала 33 рабочих места. Этот рынок постоянно растет, только в России в 2013 году он будет составлять 3,1 млрд. евро, а в 2015 - 7 млрд. евро.

Для ветровой энергетики требуются дотации, в отличие от обычной. Аналитики Международного Энергетического Агентства оценили субсидирование на энергетику в Европе. Оказалось, что в 15 странах ЕЭС всего выделилось 29 миллиардов евро, из них на ветроэнергетику пришлось всего 19%. Этот показатель говорит о том, что такое направление попросту уравняли в правах с традиционными технологиями производства энергии.

Ветроустановки непригодны для общей сети, работая только в небольших автономных системах. Чтобы вся энергосистема начала зависеть от нестабильной выдачи мощности ветровыми станциями, надо, чтобы их доля была около 20-25% от всей мощности. К примеру, в России с существующими показателями и темпами такое соотношение может быть достигнуто не ранее, чем через 50 лет.

В мировом энергобалансе доля ветровой энергетики незначительна. В 2010 году количество произведенной энергии станциями этого типа составило 2,5% от всего объема. Энергия ветра высоко ценится, к примеру, в Дании уже 20% электричества вырабатывается таким способом, а в Германии - 8%. Планы развития этого направления огласили Китай, Индия, Япония, Франция. Темпы развития ветровой энергетики позволяют предположить, что к 2020 году доля этой отрасли составит 10% от общего объема.

Ветровая энергетика само по себе нестабильна и не так предсказуема, как другие виды. Энергия поступает нестабильно, что требует постоянное ее резервирование и аккумулирование. Для решения проблем такой нестабильности есть свои варианты. Сегодня с точностью 95% составляются прогнозы почасовой выдачи энергии в течении дня. Этот высокий показатель планирования позволяет улучшить качество работы и надежность станций. Чтобы оценить стабильность работы системы станций такого типа, группа ученых университетов Делавэр и Стони-Брук создала виртуальную систему объектов. Они располагались по всему восточному побережью США на отдалении от берега. Оказалось, что такая система может служить надежным источником энергии. Хотя ветровые установки и имеют высокий потенциал, меняющаяся погода все же может снижать их потенциал. Ученые предлагают объединять в единую сеть удаленные друг от друга группы ветрогенераторов, чтобы сглаживать колебания ветра на участках. Однако точные расчеты пока еще не сделаны. В ходе исследования были рассмотрены данные, полученные от 11 автоматических станций наблюдения за погодой за 5 лет. Они располагались на протяжении 2500 километров между Флоридой и Мэном. Оказалось, что за это время, при условии объединения станций в единую сеть, поступление электричества полностью никогда бы не прекращалось. Мощность всей системы колебалась бы не так сильно, как у отдельной установки. Если та могла за час измениться на 50%, то для всей сети скачок в принципе не мог превысить 10% в час. Участники исследования пришли к выводу, что этот "нестабильный" источник энергии на самом деле является довольно надежным при правильной работе с ним.

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры - от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Еще в Древнем Египте за три с половиной тысячи лет до нашей эры применялись ветровые двигатели для подъема воды и размола зерна. За пятьдесят с лишним веков ветряные мельницы почти не изменили свой облик. Например, в Англии имеется мельница, построенная в середине XVII в. Несмотря на свой преклонный возраст, она исправно трудится и по сей день. В России до революции насчитывалось приблизительно 250 тыс. ветряных мельниц, общая мощность которых составляла около 1,5 млн. кВт. На них размалывалось до 3 млрд. пудов зерна в год.

Техника XX века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой - получение электроэнергии. В начале века Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания.

Ветряные мельницы оказались прекрасными источниками даровой энергии. Неудивительно, что со временем их стали использовать не только для размола зерна. Ветряки вращали дисковые пилы на больших лесопилках, поднимали грузы на большие высоты, использовались для подъема воды. Наряду с водяными мельницами они оставались, практически, самыми мощными машинами прошлого. В той же Голландии, например, где ветряков было больше всего, они успешно работали до середины нашего века. Часть их действует и в настоящее время.

Что интересно, мельницы в средневековье вызывали у некоторых суеверный страх - настолько непривычными были даже простейшие механические приспособления. Мельникам приписывали общение с нечистой силой.

В наши дни к созданию конструкций ветроколеса - сердца любой ветроэнергетической установки - привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Типы ветрогенераторов

Разработано большое количество ветрогенераторов. В зависимости от ориентации оси вращения по отношению к направлению потока ветрогенераторы могут быть классифицированы:

С горизонтальной осью вращения, параллельной направлению ветрового потока;
с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветра (подобные водяному колесу);
с вертикальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветрового потока.

Здесь - сайт ветроэнергетики . НПГ «САЙНМЕТ» является отечественным РАЗРАБОТЧИКОМ И ПРОИЗВОДИТЕЛЕМ ветроэнергетических установок (ветрогенераторов), одним из мировых лидеров в области автономной ветроэнергетики – обладателем Гран-при и трех золотых медалей Всемирной Брюссельской выставки инноваций «Eureka-2005». НПГ «САЙНМЕТ» представляет автономные ветроэнергетические установки: ветрогенератор мощностью 5 и ветрогенератор мощностью 40кВт, а также ветросолнечные и ветродизельные установки на их основе.

Ветродизельные энергетические установки могут быть объединены в локальные сети, а также сопряжены с солнечными батареями. Ветродизельные агрегаты, в зависимости от ветрового потенциала местности, позволяют экономить 50-70% топлива, потребляемого дизель-генераторами сравнимой мощности.

Основные конструктивные решения ветрогенераторов защищены патентами на изобретения.

Энергия ветра

Человек использует энергию ветра с незапамятных времен. Но его парусники, тысячелетиями бороздившие просторы океанов, и ветряные мельницы использовали лишь ничтожную долю из тех 2,7 трлн. кВт энергии, которыми обладают ветры, дующие на Земле. Полагают, что технически возможно освоение 40 млрд. кВт, но даже это более чем в 10 раз превышает гидроэнергетический потенциал планеты.

Почему же столь обильный доступный и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Ветровой энергетический потенциал Земли в 1989 году был оценен в 300 млрд. кВт * ч в год. Но для технического освоения из этого количества пригодно только 1,5%. Главное препятствие для него – рассеянность и непостоянство ветровой энергии. Непостоянство ветра требует сооружения аккумуляторов энергии, что значительно удорожает себестоимость электроэнергии. Из-за рассеянности при сооружении равных по мощности солнечных и ветровых электростанций для последних требуется в пять раз больше площади (впрочем, эти земли можно одновременно использовать и для сельскохозяйственных нужд). Но на Земле есть и такие районы, где ветры дуют с достаточным постоянством и силой. (Ветер, дующий со скоростью 5-8 м/сек., называется умеренным, 14-20 м/сек. – сильный, 20-25 м/сек. – штормовым, а свыше 30 м/сек. – ураганным). Примерами подобных районов могут служить побережья Северного, Балтийского, арктических морей.

Новейшие исследования направлены преимущественно на получение электрической энергии из энергии ветра. Стремление освоить производство ветроэнергетических машин привело к появлению на свет множества таких агрегатов. Некоторые из них достигают десятков метров в высоту, и, как полагают, со временем они могли бы образовать настоящую электрическую сеть. Малые ветроэлектрические агрегаты предназначены для снабжения электроэнергией отдельных домов.

Сооружаются ветроэлектрические станции преимущественно постоянного тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину – генератор электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы.

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников; они успешно работают в труднодоступных районах, на дальних островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций общего пользования.

Основное направление использования энергии ветра – получение электроэнергии для автономных потребителей, а также механической энергии для подъема воды в засушливых районах, на пастбищах, осушения болот и др. В местностях, имеющих подходящие ветровые режимы, ветроустановки в комплекте с аккумуляторами можно применять для питания автоматических метеостанций, сигнальных устройств, аппаратуры радиосвязи, катодной защиты от коррозии магистральных трубопроводов и др.

По оценкам специалистов, энергию ветра можно эффективно использовать там, где без существенного хозяйственного ущерба допустимы кратковременные перерывы в подаче энергии. Использование же ветроустановок с аккумулированием энергии позволяет применять их для снабжения энергией практически любых потребителей.

Мощные ветровые установки стоят обычно в районах с постоянно дующими ветрами (на морских побережьях, в мелководных прибрежных зонах и т.д.) Такие установки уже используют в России, США, Канаде, Франции и других странах.

Широкому применению ветроэлектрических агрегатов в обычных условиях пока препятствует их высокая себестоимость. Вряд ли требуется говорить, что за ветер платить не нужно, однако машины, нужные для того, чтобы запрячь его в работу, обходятся слишком дорого.

При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток её в периоды безветрия. Как же накапливать и сохранить впрок энергию ветра? Простейший способ состоит в том, что ветряное колесо движет насос, который накапливает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока. Существуют и другие способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива. Особенно перспективным представляется последний способ. Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород, Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.

Литература

Наука и жизнь, №1, 1991 г. М.: Правда.

Техника молодёжи, №5, 1990 г.

Феликс Р. Патури Зодчие ХХI века М.: ПРОГРЕСС, 1979. 345 с.

Наука и жизнь, No10, 1986 г. М.: Правда.

Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока М.: Энергоиздат, 1981. 360 с.

Коровин Н.В. Новые химические источники тока М.: Энергия, 1978. 194 с.

Д-р Дитрих Берндт Конструкторский уровень и технические границы применения герметичных батарей А/О ВАРТА Беттери Научно-исследовательский центр

Лаврус В.С. Батарейки и аккумуляторы К.: Наука и техника, 1995. 48 с.

Наука и жизнь, №5...7, 1981 г. М.: Правда.

Мурыгин И.В. Электродные процессы в твердых электролитах М.: Наука, 1991. 351 с.

The Power Protection Handbook American Power Conversion

Шульц Ю. Электроизмерительная техника 1000 понятий для практиков М.: Энергоиздат, 1989. 288 с.

Наука и жизнь, №11, 1991 г. М.: Правда.

Ю. С. Крючков, И. Е. Перестюк Крылья Океана Л.: Судостроение, 1983. 256 с.

В. Брюхань. Ветроэнергетический потенциал свободной атмосферы над СССР Метрология и гидрология. №6, 1989 г.

Мельница со станиной

Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами.

«Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI в. единственно известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной только крышу, и для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле» (К. Маркс . «Машины: применение природных сил и науки»).

Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых .

Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра

Мощности ветрогенераторов и их размеры
Параметр	1 МВт	2 МВт	2,3 МВт
Высота мачты	50 м - 60 м	80 м	80 м
Длина лопасти	26 м	37 м	40 м
Диаметр ротора	54 м	76 м	82,4 м
Вес ротора на оси	25 т	52 т	52 т
Полный вес машинного отделения	40 т	82 т	82,5 т
Источник: Параметры действующих ветрогенераторов. Пори, Финляндия

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные. Наиболее эффективной конструкцией для территорий с малой скоростью ветровых потоков признаны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, т. н. роторные, или карусельного типа. Сейчас все больше производителей переходят на производство таких установок, так как далеко не все потребители живут на побережьях, а скорость континентальных ветров обычно находится в диапазоне от 3 до 12 м/с. В таком ветрорежиме эффективность вертикальной установки намного выше. Стоит отметить, что у вертикальных ветрогенераторов есть ещё несколько существенных преимуществ: они практически бесшумны, и не требуют совершенно никакого обслуживания, при сроке службы более 20 лет. Системы торможения, разработанные в последние годы, гарантируют стабильную работу даже при периодических шквальных порывах до 60 м/с.

Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. Но стоимость инвестиций по сравнению с сушей выше в 1,5 - 2 раза. В море, на расстоянии 10-12 км от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции . Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров.

Могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания. Первый прототип плавающей ветряной турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года . Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

5 июня 2009 года компании Siemens AG и норвежская Statoil объявили об установке первой в мире коммерческой плавающей ветроэнергетической турбины мощностью 2,3 МВт, производства Siemens Renewable Energy.

Статистика по использованию энергии ветра

На июнь 2012 года суммарные установленные мощности всех ветрогенераторов мира составили 254 ГВт. Среднее увеличение суммы мощностей всех ветрогенераторов в мире, начиная с 2009 года, составляет 38-40 гигаватт за год и обусловлено бурным развитием ветроэнергетики в США, Индии, КНР и ФРГ . Предполагаемая мощность ветряной энергетики к концу 2012 года по данным World Wind Energy Assosiation приблизится к значению в 273 ГВт .

В 2010 году в Европе было сконцентрировано 44 % установленных ветряных электростанций, в Азии - 31 %, в Северной Америке - 22 %.

Таблица: Суммарные установленные мощности, МВт, по странам мира 2005-2011 г. Данные Европейской ассоциации ветроэнергетики и GWEC .

Страна	2005 г., МВт.	2006 г., МВт.	2007 г., МВт.	2008 г. МВт.	2009 г. МВт.	2010 г. МВт.	2011 г. Мвт.
Китай	1260	2405	6050	12210	25104	41800	62733
США	9149	11603	16818	25170	35159	40200	46919
Германия	18428	20622	22247	23903	25777	27214	29060
Испания	10028	11615	15145	16754	19149	20676	21674
Индия	4430	6270	7580	9645	10833	13064	16084
Франция	757	1567	2454	3404	4492	5660	6800
Италия	1718	2123	2726	3736	4850	5797	6737
Великобритания	1353	1962	2389	3241	4051	5203	6540
Канада	683	1451	1846	2369	3319	4008	5265
Португалия	1022	1716	2150	2862	3535	3702	4083
Дания	3122	3136	3125	3180	3482	3752	3871
Швеция	510	571	788	1021	1560	2163	2907
Япония	1040	1394	1538	1880	2056	2304	2501
Нидерланды	1224	1558	1746	2225	2229	2237	2328
Австралия	579	817	817,3	1306	1668	2020	2224
Турция	20,1	50	146	433	801	1329	1799
Ирландия	496	746	805	1002	1260	1748	1631
Греция	573	746	871	985	1087	1208	1629
Польша	73	153	276	472	725	1107	1616
Бразилия	29	237	247,1	341	606	932	1509
Австрия	819	965	982	995	995	1011	1084
Бельгия	167,4	194	287	384	563	911	1078
Болгария	14	36	70	120	177	375	612
Норвегия	270	325	333	428	431	441	520
Венгрия	17,5	61	65	127	201	329	329
Чехия	29,5	54	116	150	192	215	217
Финляндия	82	86	110	140	146	197	197
Эстония	33	32	58	78	142	149	184
Литва	7	48	50	54	91	154	179
Украина	77,3	86	89	90	94	87	151
Россия	14	15,5	16,5	16,5	14	15,4

Таблица: Суммарные установленные мощности, МВт по данным WWEA .

1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011
7475	9663	13696	18039	24320	31164	39290	47686	59004	73904	93849	120791	157000	196630	237227

В то же время, по данным European Wind Energy Association, суммарная вырабатываемая мощность ветряной энергии в России за 2010 год составила 9 МВт, что приблизительно соответствует показателям Вьетнама (31 МВт), Уругвая (30,5 МВт), Ямайки (29,7 МВт), Гваделупы (20,5 МВт), Колумбии (20 МВт), Гайаны (13,5 МВт) и Кубы (11,7 МВт).

В 2011 году 28 % электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра .

В 2009 году в Китае ветряные электростанции вырабатывали около 1,3 % суммарной выработки электроэнергии в стране. В КНР с 2006 года действует закон о возобновляемых источниках энергии. Предполагается, что к 2020 году мощности ветроэнергетики достигнут 80-100 ГВт.

Португалия и Испания в некоторые дни 2007 года из энергии ветра выработали около 20 % электроэнергии . 22 марта 2008 года в Испании из энергии ветра было выработано 40,8 % всей электроэнергии страны .

Ветроэнергетика в России

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

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

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

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

Cамая крупная ветроэлектростанция России (5,1 МВт) расположена в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области . Зеленоградская ВЭУ состоит из 21 установки датской компании SЕАS Energi Service A.S.

Существуют проекты на разных стадиях проработки Ленинградской ВЭС 75 МВт Ленинградская область , Ейской ВЭС 72 МВт Краснодарский край , Калининградской морской ВЭС 50 МВт, Морской ВЭС 30 МВт Карелия , Приморской ВЭС 30 МВт Приморский край , Магаданской ВЭС 30 МВт Магаданская область , Чуйской ВЭС 24 МВт Республика Алтай , Усть-Камчатской ВДЭС 16 МВт Камчатская область , Новиковской ВДЭС 10 МВт Республика Коми , Дагестанской ВЭС 6 МВт Дагестан , Анапской ВЭС 5 МВт Краснодарский край , Новороссийской ВЭС 5 МВт Краснодарский край и Валаамской ВЭС 4 МВт Карелия .

Ветряной насос «Ромашка» производства СССР

Как пример реализации потенциала территорий Азовского моря можно указать Новоазовскую ВЭС , действующей на 2010 год мощностью в 21,8 МВт, установленную на украинском побережье Таганрогского залива .

Предпринимались попытки серийного выпуска ветроэнергетических установок для индивидуальных потребителей, например водоподъёмный агрегат «Ромашка ».

В последние годы увеличение мощностей происходит в основном за счет маломощных индивидуальных энергосистем, объём реализации которых составляет 250 ветроэнергетических установок (мощностью от 1 кВт до 5 кВт).

Перспективы

Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты.

В 2008 году Европейским Союзом установлена цель: к 2010 году установить ветрогенераторов на 40 тыс. МВт, а к 2020 году - 180 тыс. МВт. Согласно планам Евросоюза общее количество электрической энергии, которые выработают ветряные электростанции, составит 494,7 Тв-ч. .

Венесуэла за 5 лет с 2010 года планирует построить ветряных электростанций на 1500 МВт. .

Франция планирует к 2020 году построить ветряных электростанций на 25 000 МВт, из них 6 000 МВт - офшорных .

Экономические аспекты ветроэнергетики

Лопасти ветрогенератора на строительной площадке.

Основная часть стоимости ветроэнергии определяется первоначальными расходами на строительство сооружений ВЭУ (cтоимость 1 кВт установленной мощности ВЭУ ~$1000).

Экономия топлива

Ветряные генераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти .

Себестоимость электроэнергии

Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами , зависит от скорости ветра .

Для сравнения: себестоимость электричества, производимого на угольных электростанциях США , 4,5 - 6 цента/кВт·ч. Средняя стоимость электричества в Китае 4 цента/кВт·ч.

При удвоении установленных мощностей ветрогенерации себестоимость производимого электричества падает на 15 %. Ожидается, что себестоимость ещё снизится на 35-40 % к концу г. В начале 80-х годов стоимость ветряного электричества в США составляла $0,38.

По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО 2 на 1,5 миллиарда тонн .

Влияние на климат

Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например в Европе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности. В частности, снижение средней скорости ветров способно сделать климат региона чуть более континентальным за счет того, что медленно движущиеся воздушные массы успевают сильнее нагреться летом и охлаждаться зимой. Также отбор энергии у ветра может способствовать изменению влажностного режима прилегающей территории. Впрочем, учёные пока только разворачивают исследования в этой области, научные работы, анализирующие эти аспекты, не дают количественную оценку воздействия широкомасштабной ветряной энергетики на климат, однако позволяют заключить, что оно может быть не столь пренебрежимо малым, как полагали ранее .

Вентиляция городов

В современных городах выделяется большое количество вредных веществ, в том числе от промышленных предприятий и автомобилей. Естественная вентиляция городов происходит с помощью ветра. При этом описанное выше снижение скорости ветра из-за массового использования ВЭУ может снижать и вентилируемость городов. Особенно неприятные последствия это может вызвать в крупных мегаполисах: смог, повышение концентрации вредных веществ в воздухе и, как следствие, повышенная заболеваемость населения. В связи с этим установка ветряков вблизи крупных городов нежелательна .

Шум

Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:

• механический шум - шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей)
• аэродинамический шум - шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки)

В настоящее время при определении уровня шума от ветроустановок пользуются только расчётными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не даёт информации о шумности ветроустановки, так как эффективное отделение шума ветроустановки от шума ветра в данный момент невозможно.

В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ.

Примером подобных конструктивных просчётов является ветрогенератор Гровиан. Из-за высокого уровня шума установка проработала около 100 часов и была демонтирована.

Как правило, жилые дома располагаются на расстоянии не менее 300 м от ветроустановок. На таком расстоянии вклад ветроустановки в инфразвуковые колебания уже не может быть выделен из фоновых колебаний.

Обледенение лопастей

При эксплуатации ветроустановок в зимний период при высокой влажности воздуха возможно образование ледяных наростов на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлёт льда на значительное расстояние. Как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ветроустановки.

Кроме того, в случае легкого обледенения лопастей были отмечены случаи улучшения аэродинамических характеристик профиля.

Визуальное воздействие

Визуальное воздействие ветрогенераторов - субъективный фактор. Для улучшения эстетического вида ветряных установок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные архитекторы привлекаются для визуального обоснования новых проектов.

В обзоре, выполненном датской фирмой AKF, стоимость воздействия шума и визуального восприятия от ветрогенераторов оценена менее 0,0012 евро на 1 кВт·ч. Обзор базировался на интервью, взятых у 342 человек, живущих поблизости от ветряных ферм. Жителей спрашивали, сколько они заплатили бы за то, чтобы избавиться от соседства с ветрогенераторами.

Использование земли

Турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы . На 99 % площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью , что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания , Нидерланды , Германия . Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землёй, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход. В США стоимость аренды земли под одной турбиной составляет $3000-$5000 в год.

Таблица: Удельная потребность в площади земельного участка для производства 1 млн кВт·ч электроэнергии

Вред, наносимый животным и птицам

Таблица: Вред, наносимый животным и птицам. Данные AWEA .

Популяции летучих мышей, живущие рядом с ВЭС на порядок более уязвимы, нежели популяции птиц. Возле концов лопастей ветрогенератора образуется область пониженного давления, и млекопитающее, попавшее в неё, получает баротравму. Более 90 % летучих мышей, найденных рядом с ветряками обнаруживают признаки внутреннего кровоизлияния. По объяснениям учёных, птицы имеют иное строение лёгких, а потому менее восприимчивы к резким перепадам давления и страдают только от непосредственного столкновения с лопастями ветряков .

Использование водных ресурсов

В отличие от традиционных тепловых электростанций, ветряные электростанции не используют воду, что позволяет существенно снизить нагрузку на водные ресурсы.

Радиопомехи

Металлические сооружения ветроустановки, особенно элементы в лопастях, могут вызвать значительные помехи в приёме радиосигнала . Чем крупнее ветроустановка, тем большие помехи она может создавать. В ряде случаев для решения проблемы приходится устанавливать дополнительные ретрансляторы .

См. также

Источники

1. Global Wind Installations Boom, Up 31 % in 2009
2. World Wind Energy Report 2010 (PDF). Архивировано
3. Wind Power Increase in 2008 Exceeds 10-year Average Growth Rate . Worldwatch.org. Архивировано из первоисточника 26 августа 2011.
4. Renewables . eirgrid.com. Архивировано из первоисточника 26 августа 2011.
5. «Wind Energy Update » (PDF). Wind Engineering : 191–200.
6. Impact of Wind Power Generation in Ireland on the Operation of Conventional Plant and the Economic Implications . eirgrid.com (February 2004). Архивировано из первоисточника 26 августа 2011. Проверено 22 ноября 2010.
7. "Design and Operation of Power Systems with Large Amounts of Wind Power", IEA Wind Summary Paper (PDF). Архивировано из первоисточника 26 августа 2011.
8. Claverton-Energy.com (28 августа 2009). Архивировано из первоисточника 26 августа 2011. Проверено 29 августа 2010.
9. Alan Wyatt, Electric Power: Challenges and Choices, (1986), Book Press Ltd., Toronto, ISBN 0-920650-00-7 ,
10. http://www.tuuliatlas.fi/tuulisuus/tuulisuus_4.html Пограничный слой в атмосфере
11. http://www.tuuliatlas.fi/tuulivoima/index.html Размеры генераторов по годам
12. http://www.hyotytuuli.fi/index.php?page=617d54bf53ca71f7983067d430c49b7 Параметры действующих ветрогенераторов. Пори, Финляндия
13. Clipper Windpower Announces Groundbreaking for Offshore Wind Blade Factory
14. Edward Milford BTM Wind Market Report 20 Июль 2010 г.
15. Jorn Madslien . Floating wind turbine launched , BBC NEWS , London: BBC , стр. 5 June 2009. Проверено 23 декабря 2012.
16. Annual installed global capacity 1996-2011
17. Half-year report 2012
18. US and China in race to the top of global wind industry
19. http://www.gwec.net/fileadmin/documents/PressReleases/PR_2010/Annex%20stats%20PR%202009.pdf
20. «Wind in power. 2011 European statistics »
21. «Global Wind Statistics 2011 »
22. Die Energiewende in Deutschland
23. The Danish Market
24. БИКИ, 25.07.09г., «На рынке ветроэнергетического оборудования КНР»
25. Wind power - clean and reliable
26. Испания получила рекордную долю электричества от ветра
27. Использование энергии ветра в СССР \\ Бурят-Монгольская правда. № 109 (782) 18 мая 1926 года. стр. 7
28. Энергетический портал. Вопросы производства, сохранения и переработки энергии
29. http://www.riarealty.ru/ru/article/34636.html «РусГидро» определяет перспективные площадки в РФ для строительства ветроэлектростанций
30. =1&cHash=EU will exceed renewable energy goal of 20 percent by 2020] (англ.) . Проверено 21 января 2011.
31. Denmark aims to get 50% of all electricity from wind power
32. EWEA: 180 GW of Wind Power Possible in Europe by 2020 | Renewable Energy World
33. Lema, Adrian and Kristian Ruby, «Between fragmented authoritarianism and policy coordination: Creating a Chinese market for wind energy» , Energy Policy, Vol. 35, Isue 7, July 2007
34. China’s Galloping Wind Market (англ.) . Проверено 21 января 2011.
35. India to add 6,000 MW wind power by 2012 (англ.) . Архивировано из первоисточника 26 августа 2011. Проверено 21 января 2011.
36. Venezuela, Dominican Republic Step into Wind 9 Сентябрь 2010 г.
37. John Blau France Could Be Next Offshore Wind Powerhouse 26 Январь 2011 г.
38. American Wind Energy Association. The Economics of Wind Energy
39. Wind Energy and Wildlife: The Three C’s
40. Wind Energy Could Reduce CO2 Emissions 10B Tons by 2020
41. D.W.Keith,J.F.DeCarolis,D.C.Denkenberger,D.H.Lenschow,S.L.Malyshev,S.Pacala,P.J.Rasch The influence of large-scale wind power on global climate (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . - 2004. - В. 46.
42. Dr.Yang(Missouri Western State University) A Conceptual Study of Negative Impact of Wind Farms to the Environment (англ.) // The Technology Interface Journal . - 2009. - В. 1.
43. http://www.canwea.ca/images/uploads/File/CanWEA_Wind_Turbine_Sound_Study_-_Final.pdf
44. Wind Energy in Cold Climates
45. Wind energy Frequently Asked Questions
46. Энергия ветра: мифы против фактов
47. MEMBRANA | Мировые новости | Ветровые турбины убивают летучих мышей без единого прикосновения
48. Устаревшие РЛС тормозят развитие ветровой энергетики 06 сентября 2010 года

Использование энергии ветра - одно из перспективных направлений современной энергетики. Последние годы наблюдается массовое увеличение размеров и количества ветропарков во всех прогрессивных странах мира. «Ветряки» становятся выше, а их лопасти длиннее и легче, что позволяет им работать даже при небольшой силе ветра. Сооружения устанавливаются повсеместно: в лесах, полях, на побережьях, в прибрежных водах морей и океанов (оффшорные парки). Даже в густонаселенных мегаполисах архитекторы умудряются внедрить ветрогенераторы в конструкции небоскребов, переведя их на частичное самообеспечение.

Для координации усилий и быстрого реагирования на изменения запросов рынка ветровой энергии создана международная некоммерческая организация WWEA (World Wind Energy Association) со штаб-квартирой в Германии. Сегодня ассоциация объединяет интересы более чем сотни стран-участниц. Задачей WWEA является постоянный мониторинг потребностей и предложений в области возобновляемой энергетики, проведение исследований и предоставление консультаций заинтересованному сообществу.

Ассоциация отслеживает развитие ветроэнергетической отрасли во всех странах и составляет рейтинг ведущих потребителей и поставщиков соответствующего оборудования. В соответствии с информацией, опубликованной на сайте организации 10 февраля 2016 года, лидерами в использовании альтернативной энергетики является следующая десятка стран.

Десять стран с самой развитой ветроэнергетикой в 2015 году

Китай. Суммарная выработка электроэнергии в ветропарках Китая в конце 2015 года приблизилась к 150 ГВт. При этом страна является относительно новым игроком на рынке ветроэнергетики. Но темпы роста промышленности диктуют свои условия, поэтому в ближайшие годы планируется дальнейшее наращивание ветроэнергетического потенциала страны. Заявленная страной цифра потребления ветровой энергии к 2020 году составляет 200 ГВт, однако, судя по ежегодному приросту 25-28%, этот срок наступит раньше.

США. Развитие альтернативной энергетики, в том числе - ветровой, в Соединенных Штатах - постоянный, планомерный процесс. К началу 2016 года суммарная мощность американских ветропарков оценена в 74,35 ГВт. В силу довольно жесткой регуляторной политики, проводимой властями в энергетической области, в стране не наблюдается ярко выраженного бума строительства «ветряков», однако страна продолжает уверенно удерживать второе место.

Германия является традиционным лидером в производстве ветровых турбин. Все самое инновационное оборудование в этой отрасли производится здесь. Общая мощность собственных ветроэлектростанций Германии - на текущий момент - 45,2 ГВт, что составляет около трети суммарной производительности ветропарков всего Евросоюза. Прирост доли энергии, вырабатываемой «ветряками» в стране в 2015 году составил почти 10%.

Испания занимает 4-е место в рейтинге стран с самой развитой ветроэнергетикой. В условиях угнетенного состояния экономики и нехватки собственных природных ресурсов альтернативные виды энергии являются стратегическим направлением развития страны. Суммарная мощность ветроэлектростанций страны составляет порядка 23 ГВт. В соответствии с данными WWEA за 2015 год в стране не наблюдалось существенного прироста доли энергии, вырабатываемой «ветряками».

Индия , переживающая бурный рост промышленности, одновременно с этим испытает острую нехватку энергетических ресурсов. Жесткий дефицит традиционных источников в значительной степени сформировал взгляды государства на альтернативные виды получения энергии. Сегодня индийские ветропарки находятся на 5-м месте в мире по суммарной мощности с показателем, приближающимся к 25 ГВт. За 2015 год прирост доли ветровой энергии в стране составил около 10%.

Развитие ветроэнергетики в таких странах ЕС, как Великобритания , Италия, Франция связано, в первую очередь, с постепенным отказом от использования атомной энергии. Страны не только занимаются активным строительством ветропарков, но также являются ведущими разработчиками и производителями турбинного оборудования, наряду с Германией. По состоянию на конец 2015 года мощности ветропарков составляют: Британия - 13,6 ГВт, Франция - 10,3 ГВт, Италия - 8,95 ГВт.

Власти Канады способствуют внедрению альтернативных источников энергии путем предоставления льгот на установку и модернизацию соответствующего оборудования. Одни из передовых в этом отношении - штаты Онтарио и Новая Шотландия. На сегодняшний день суммарная мощность ветрогенерационных парков Канады составляет 11,2 ГВт, а прирост мощности в сравнении с 2014 годом составил 15,6%.

В Бразилии ветропарки уже несколько лет являются неотъемлемой частью энергетической системы, наряду с солнечными станциями. Закупка электроэнергии государством производится путем проведения открытых аукционов, результаты которых подтверждают конкурентоспособность энергии, вырабатываемой «ветряками». Средняя стоимость киловатт-часа электричества для потребителя в Бразилии составляет порядка 0,05 доллара. В течение 2015 года страна показала абсолютный мировой рекорд по приросту ветроэнергетических мощностей, который составил 46,2%! Сегодня суммарная мощность ветроэлектростанций Бразилии составляет 8,7 ГВт.

Дания. В силу своих небольших размеров страна не может конкурировать по общему количеству производимой «ветряками» энергии с такими гигантами как Китай и США. Общая мощность ветропарков Дании составляет 5 ГВт, поэтому в первую десятку рейтинга она не входит. Однако при пересчете количества киловатт ветровой энергии на душу населения, Дания является несомненным мировым лидером. Сегодня доля ветроэнергетики в общем энергетическом «котле» страны приближается к 30%, а к 2020 году планируется довести этот показатель до 50%. Также власти страны обнародовали программу, в соответствии с которой к 2050 году страна откажется от использования традиционных энергоресурсов полностью.

Самые мощные ветропарки в мире

Приведенные выше цифры показывают, что сегодня ветровая энергетика уже занимает значительную часть энергетической отрасли во всем мире. При этом в перспективе доля электроэнергии, вырабатываемой «ветряками» будет постоянно расти. В настоящее время крупнейшими поставщиками электроэнергии являются следующие ветропарки:

• Ветропарк Alta Wind, Калифорния, США, производящий 1,55 ГВт чистой электроэнергии. Комплекс продолжает развиваться и уже к 2040 году планируется прирост его мощности до 4,0 ГВт;
• ветроэнергетический комплекс Ganzu, расположенный на западе Китая и состоящий из нескольких крупных ветропарков, суммарная производительность которых составляет более 5 ГВт. В соответствии с планом развития, к 2020 году планируется наращивание мощностей до 20,0 ГВт;
• Британский оффшорный массив London Array, расположенный дельте Темзы, - крупнейший проект такого рода. В настоящее время ветропарк на воде генерирует 0,63 ГВт электроэнергии. Суммарное количество электроэнергии, вырабатываемое всеми оффшорными ветроэлектростанциями Британии, составляет 3,6 ГВт. Предполагается, что к 2020 году этот показатель будет составлять 18,0 ГВт;
• крупнейший ветропарк Индии, Jaisalmer, генерирующий более 1 ГВт электроэнергии. Владелец ветропарка, компания Suzlon Energy, также является и производителем оборудования, занимающая на мировом рынке ветровых турбин около 7%.

Основные игроки на рынке ветрогенерационного оборудования в 2015 году

До недавнего времени лидерами в производстве «ветряков» считались европейские страны Германия и Дания, а также Соединенные Штаты Америки. Наиболее востребованные ветрогенерационные установки выпускались под марками Vestas (Дания) и Enercon (Германия). Эти компании занимаются выпуском турбин мощностью от 0,8 до 7,5 МВт. Американские ветрогенераторы General Electric имеют максимальную мощность 3,6 МВт.

В последний год рекордную прибыль показали китайские производители. В частности, чистая прибыль компании Goldwind за 2015 год выросла почти на 56%, достигнув показателя 436 млн. USD. Общая мощность реализованных за год ветрогенераторов Goldwind составляет 7,8 ГВт. Однако утверждать, что традиционному доминированию Vestas и GE на мировом рынке положен конец нельзя, так как своим блестящим результатам Goldwind обязан, прежде всего, внутреннему рынку Китая.

Общая мощность установленных турбин Vestas в 2015 году составила 7,3 ГВт. Для американцев GE этот показатель равен 5,9 ГВт. Немецкий производитель Enercon занимает в рейтинге четвертое место. Помимо Goldwind в десятку крупнейших производителей «ветряков» в 2015 году вошли еще 4 компании из Китая.

Ветроэнергетика России

Возможности России в генерации ветровой энергии (которые в настоящее время практически не используются) оцениваются в 30% от общего электроэнергетического потенциала страны. Суммарный показатель мощности ветропарков России, который планируется достигнуть к 2020 году составляет 3 ГВт.

В настоящее время крупнейшие ветропарки России расположены в Крыму (общей мощностью около 60 МВт), в Калининградской области (5 МВт), на Чукотке и в Башкортостане (по 2,2 МВт). В различной степени готовности находятся проекты ветроэлектростанций мощностью от 30 до 70 МВт в Ленинградской, Калининградской областях, в Краснодарском крае, в Карелии, на Алтае и Камчатке.

В самом ближайшем будущем планируется строительство ветропарка мощностью 35 МВт в Ульяновске. В июне 2016 года Российская ассоциация ветроиндустрии планирует провести конкурс проектов ветропарков суммарной мощностью 1,6 ГВт.

Отрицательные стороны ветроэнергетики

Сегодня никто не сомневается, что ветроэнергетика - один из наиболее перспективных видов получения «чистой», «зеленой» энергии. Помимо сокращения выбросов углекислого газа, который является обязательным атрибутом «традиционных» ТЭС и ТЭЦ, использование «ветряков» позволяет добиться значительного снижения электроэнергии для потребителя, а период окупаемости оборудования составляет 7-8 лет.

Однако у ветровой энергетики есть и отрицательные стороны. В первую очередь - это зависимость от силы ветра, в результате чего поступления сгенерированного электричества в общую сеть происходят неравномерно. Поэтому полностью отказаться от использования традиционных ГЭС и ТЭС на данном этапе развития альтернативной энергетики не представляется возможным, так как они необходимы для стабилизации работы сетей.

Вторым отрицательным фактором является то, что география возможного расположения «ветряков» очень часто не совпадает с географией потребителей. Данная проблема решается путем реконструкции или полного перекроя энергосистемы, что, в свою очередь связано со значительными временными и финансовыми затратами.

Кроме этого необходимо сказать и о том, что мощные ветропарки также оказывают воздействие на окружающую среду: нагревают почву и влияют на микроклимат. Исследования, проведенные в США, показали, что прирост среднесуточной температуры на территории крупной ветрогенерационной станции за 9 лет составил 0,72 градуса Цельсия. При этом ученые связывают такой температурный скачок с тем, что в период проведения исследований с 2003 по 2011 годы, количество «ветряков» на станции возросло с 111 до 2358 штук. По их мнению, при стабильном количестве установок прирост температуры также должен замедлится.