Енергетична галузь справляється зі своїм завданням досить впевнено, але масштаби нашої країни такі, що повне забезпечення електроенергією всіх віддалених чи важкодоступних районів наразі неможливе. Це з безліччю чинників, подолати які у нинішніх умовах занадто дорого чи технічно недосяжно.
Тому дедалі пильнішу увагу доводиться звертати на альтернативні джерела, здатні задовольняти потреби відсталих регіонів без участі магістральних мереж. Перспективним напрямом є вітроенергетика, що використовує дармовий.
Пристрій та види вітрових електростанцій
Вітроелектростанції(ВЕС) використовують енергію вітру для вироблення електроструму. Великі станції складаються з безлічі об'єднаних в єдину мережу і живлячих великих масивів - селища, міста, регіони. Дрібніші здатні забезпечувати невеликі житлові масиви або окремі будинки. Станції класифікуються за різними ознаками, наприклад, за функціональністю:
- мобільні,
- стаціонарні.
За розташуванням:
- прибережні
- офшорні
- наземні
- плаваючі.
За типом конструкції:
- роторні,
- крильчаті.
Найбільшого поширення у світі набули крильчатні станції. Вони мають більшу ефективність і здатні виробляти досить багато електроенергії, щоб забезпечувати нею споживачів у масштабах цілої енергетичної галузі. При цьому поширення таких станцій має специфічну конфігурацію і зустрічається не повсюдно.
Принцип роботи
Як мовилося раніше, ВЕС мають роторну чи крильчатую конструкцію. Роторні станції, як правило, мають пристрої з . Вони багато в чому зручніші, ніж крильчасті, тому що не видають при роботі сильний шум і не вимогливі до встановлення вітру. При цьому роторні конструкції менш ефективні і можуть використовуватися на невеликих приватних станціях.
Крильчаті пристрої здатні видавати максимальний ефект.Вони використовують енергію набагато ефективніше, ніж роторні зразки, але потребують правильного орієнтування по відношенню до потоку, що означає присутність додаткових пристроївчи обладнання.
Усі види діють за одним принципом - потік вітру розкручує рухливу частину, яка передає обертання на генератор, унаслідок чого у системі утворюється електрострум. Він заряджає акумулятори, від яких живляться інвертори, що перетворюють отриманий струм на стандартну напругу та частоту, придатні для приладів споживання.
Задля більшої кількості споживачів окремі вітрогенератори з'єднуються у систему, утворюючи станції - ВЕС.
Переваги та недоліки вітряних електростанцій
До переваг ВЕС можна віднести:
- незалежність від викопних ресурсів;
- використовується абсолютно безкоштовне джерело енергії;
- екологічна чистота методики - ніякої шкоди навколишньому природі не завдається.
При цьому є й недоліки:
- нерівномірність вітру створює певні труднощі у виробленні енергії та змушує використовувати велику кількість; акумуляторних батарей;
- вітряки видають шум під час роботи;
- низький, збільшити його дуже складно;
- вартість обладнання та, відповідно, електроенергії, набагато вища, ніж ціна мережевої електрики;
- окупність обладнання зі зростанням його потужності значно знижується. .
Використання невеликих станцій здатне забезпечити енергією обмежену кількість споживачів, тому великих населених пунктів чи регіонів потрібні великі пристрої. При цьому вітряки великої потужностіпотребують відповідних потоків вітру та рівномірності його руху, що для умов нашої країни не характерно. У цьому полягає основна причина низького поширення вітряків у порівнянні з європейськими країнами.
Економічне обґрунтування будівництва ВЕС
З погляду економіки, будівництво ВЕС має сенс лише за відсутності інших способів енергозабезпечення. Обладнання коштує дуже дорого, обслуговування та ремонт потребують постійних витрат, а термін служби обмежений 20 роками, і це за умов Європи. Для Росії цей термін можна зменшити не менше, ніж на третину. Тому використання ВЕСекономічно малоефективно.
З іншого боку, за повної відсутності альтернативних варіантів або за наявності оптимальних умов, Що забезпечують якісну та рівномірну роботу вітряків, використання ВЕС стає цілком прийнятним способом енергозабезпечення.
Важливо!Йдеться саме про великі станції, які постачають цілі регіони. Ситуація з побутовими чи приватними станціями виглядає привабливішою.
Потужності промислових станцій
Промислові ВЕС мають дуже високу потужність, здатну забезпечувати великі населені пункти чи регіони. Наприклад, ВЕС "Ганьсу" в Китаї має 7965 мВт, "Енеркон Е-126" видає 7,58 мВт, і це ще межа.
Слід відразу ж зазначити, що йдеться про , інші моделі виробляють набагато менше енергії. Проте, об'єднані у великі станції, вітряки здатні виробництва цілком достатньої кількості електроенергії. Об'єднані комплекси виробляють сумарну потужність 400-500 мВт, що цілком може зрівнятися з продуктивністю ГЕС.
Дрібні станції мають скромніші показники і можуть розглядатися лише як точкові джерела, що живлять обмежену кількість споживачів.
Провідні світові виробники
До числа найбільш відомих виробників вітрогенераторівта обладнання для вітроенергетичної галузі входять компанії:
- Vestas,
- Nordex,
- Superwind,
- Panasonic,
- Ecotecnia,
- Vergnet.
Російські виробники поки що не готові конкурувати з цими фірмами, оскільки питання про створення якісних та продуктивних вітрогенераторів у Росії досі не ставилося досить щільно.
Географія застосування
Найбільшого поширення вітроенергетика набула на західному узбережжі Атлантики, зокрема, у Німеччині. Там є найкращі умови – рівні та сильні вітри, оптимальні кліматичні показники. Але основною причиною поширення ВЕС саме в цьому регіоні стала відсутність можливостей для будівництва гідроелектростанцій, що змусило уряди країн цього регіону використати доступні методи отримання електроенергії. При цьому є установки і в балтійському регіоні, в Данії, Голландії.
Росія поки що відстає у цьому питанні, за минуле десятиліття в експлуатацію зданий навряд чи десяток ВЕС. Причина такого відставання криється у великому розвитку гідроенергетики та відсутності належних умов експлуатації промислових вітроенергетичних станцій. Проте відзначається зростання виробництва невеликих установок, здатних забезпечувати енергією окремі садиби.
Факти та помилки
Мале поширення вітроенергетичних установок та відсутність досвіду спілкування з ними породили масу помилок щодо властивостей та впливу ВЕС на організм людини. Так, поширена думка про надзвичайно високому рівні шуму, виробленого працюючим вітрогенератором. Дійсно, певний шум є, але його рівень набагато нижчий, ніж прийнято рахувати. Так, шум від промислових моделей з відривом 200-300 м сприймається на слух як і, як звук від працюючого побутового холодильника.
Інша проблема, яку необґрунтовано роздмухують необізнані люди – створення непереборних перешкод радіо та телевізійним сигналам. Це питання було вирішено раніше, ніж про нього дізналися користувачі - кожен потужний промисловий вітряк має якісний фільтр радіоперешкод, здатний повністю виключити вплив пристрою на ефір.
Люди, що живуть поблизу турбін, постійно перебувати в зоні мерехтіння тіні. Це термін, що означає некомфортне відчуття від миготливих світлових проявів. Лопасті, що обертаються, створюють такий ефект, але його значення сильно перебільшено. Навіть найчутливіші люди завжди можуть просто відвернутися від турбіни, якщо трапилося опинитися поблизу неї.
Існують й інші, надумані та цілком реально існуючі факти, що стосуються роботи ВЕС, їхнього впливу на організм людини та навколишню природу. Частина з них є звичайними чутками, інша частина настільки перебільшена, що не заслуговує навіть на обговорення. Вітроенергетика – повноцінна галузь, здатна вирішувати питання енергозабезпечення як у солідних масштабах, так і в межах маленького дачного будиночка.
Приватні вітряні електростанції
Для Росії найактуальнішим питанням є поширення саме невеликих станцій, які забезпечують один будинок чи садибу. Будівництво великих ВЕС у кліматичних умовах нашої країни є недоцільним та нерентабельним. Найбільша цінність вітрогенераторів полягає у створенні можливості забезпечити енергією відсталі чи віддалені населені пункти, де немає мережного підключення.
Для таких районів застосування невеликих приватних станцій є оптимальним способом вирішення питання, оскільки робота вітряка не вимагає забезпечення паливом, пристрій нескладно та вільно піддається ремонту. Забезпечити такі регіони додатковим обладнанням набагато простіше та дешевше, ніж виділяти великі кошти на проведення лінії електропередач, особливо якщо йдеться про гористу місцевість. Невеликі вітряки здатні виробляти достатню кількість енергії, не потребуючи витрат на утримання або паливо, що робить їх досить перспективними та привабливими варіантами вирішення проблеми.
Огляд цін на популярні моделі
Вартість вітрогенераторів висока. Цей момент є найбільш важкою для поширення вітроенергетичних технологій. Багато власників будинків із задоволенням встановили б у себе на ділянці вітряки, але не мають коштів на їхнє придбання. Установка, здатна забезпечити освітлення ділянки, коштує близько 100 тис. руб.
Більш потужна конструкція, що дозволяє забезпечити електроенергією котедж, обійдеться в 250 тис.
ВЕС, здатна забезпечити невелике фермерське господарство, коштує близько 500 тис. руб. І це ще не межа. За таких цін очікувати швидкого поширення вітрогенераторів не доводиться, тому вся надія на появу вітчизняних моделей, здатних вирішити питання дорожнечі обладнання. Як варіант, можна купити відносно недорогу китайську модель. Такі пристрої не піддаються ремонту, будучи по суті одноразовими, але їх ціна набагато нижча, ніж вартість аналогічних за потужністю західних зразків.
Як створити вітряну електростанцію?
Дорожнеча промислових моделей змушує людей, здатних користуватися інструментами і які мають певні знання, створювати саморобні вітряки. Витрати на такий пристрій незрівнянні з витратами на заводські моделі, а ефект, отриманий від саморобок, часто перевершує показники уславлених зарубіжних виробів.
Для виготовлення станції знадобиться:
- комплект обладнання – контролер заряду, інвертор, акумулятор;
- генератор здатний працювати на низьких швидкостях. Найчастіше використовується автомобільний або генератори тракторні, що пройшли деяку модернізацію;
- вітряк - ротор, що обертається, встановлений на щоглі або підставі потрібних розмірів.
Устаткування для станції може бути зібране самостійно або придбане у готовому вигляді. Виготовлення генератора із готового пристрою займає один день (якщо мати уявлення про те, що треба робити). Вітряк виготовляється з підручних матеріалів - металевих бочок, листового металуі т.п.
Всі елементи конструкції збираються докупи, система запускається, проводиться оцінка її характеристик і, якщо треба, вносяться необхідні зміни. Вітряк, зібраний своїми руками, ремонтується абсолютно без проблем, тому що вся його конструкція відома майстру, як то кажуть, до останнього гвинтика.
Експлуатація ВЕС не потребує особливих витрат, всі вкладення робляться одноразово. Термін служби системи розраховується на 20 років, але при виготовленні власноруч він практично не обмежений, оскільки в будь-який час можлива модернізація або ремонт конструкції.
Давайте подивимося на нетрадиційні варіанти виробітку енергії, а саме вітрові електростанції. Поки що питання спірне у можливості існування цього виду енерговидобування без серйозних дотацій, можливість широкого та повсюдного застосування цих пристроїв (а не лише для специфічних випадків). Проте не заперечуємо питання екологічності. Ну і це ще й красиво:-)
Давайте подивимося...
У Європі та США величезні вітряки – звичний елемент заміського пейзажу. Ці гарні гіганти встановлюються не лише на землі, а й на водяних просторах.
Ідея використовувати силу вітру для отримання електричної енергії не є новою. Вона народилася ще наприкінці 19 століття, а саме взимку 1887-88 років, коли один із засновників американської електричної індустрії Чарльз Ф. Браш побудував прототип автоматично керованої вітрової турбіни для виробництва електроенергії. На той момент вона була гігантською — діаметр ротора дорівнював 17 метрів і складався зі 144 лопатей, виготовлених... з кедра.
У Європі першу вітряну електричну станцію було пущено 1900 року, а до початку ІІ-ої світової війни на планеті працювало кілька мільйонів вітряків.
Сучасний вітряк - це сталева вежа висотою від 70 до 125 м, на вершині якої встановлені генератор і ротор з лопатями з композиційних матеріалів. Сьогодні використовують 56-метрові лопаті.
Величезна енергія повітряних мас, що рухаються. Запаси енергії вітру більш ніж сто разів перевищують запаси гідроенергії всіх річок планети. Постійно і всюди землі дмуть вітри. Кліматичні умови дозволяють розвивати вітроенергетику на величезній території.
На перший погляд вітер здається одним із найдоступніших і поновлюваних джерел енергії. На відміну від Сонця він може "працювати" взимку та влітку, вдень і вночі, на півночі та на півдні. Але вітер - це дуже розсіяний енергоресурс.
Вітрова енергія практично завжди "розмазана" величезними територіями. Основні параметри вітру - швидкість і напрямок - змінюються часом дуже швидко і непередбачувано, що робить його менш "надійним", ніж Сонце. Таким чином, постають дві проблеми, які потрібно вирішити для повноцінного використання енергії вітру. По-перше, це можливість "ловити" кінетичну енергію вітру з максимальної площі. По-друге, ще важливіше досягти рівномірності, сталості вітрового потоку. Друга проблема поки що вирішується важко.
До вирішення першої проблеми залучили фахівців літака будівлі, які вміють вибрати найбільш доцільний профіль лопаті, для отримання максимальної енергії вітру. Зусиллями вчених та інженерів створено найрізноманітніші конструкції сучасних вітрових установок.
Це багатолопатеві «ромашки» і гвинти на кшталт літакових пропелерів із трьома, двома і навіть однією лопатею. Вертикальні конструкції хороші тим, що вловлюють вітер будь-якого спрямування; решті доводиться розвертатися за вітром. Такий вертикальний ротор нагадує розрізану вздовж і насаджену на вісь бочку. Трапляються й оригінальні рішення. Наприклад, візок з вітрилом їздить по кільцю з рейок, а його колеса приводять у дію електрогенератор.
Клікабельно 1700 рх
Серед десятків тисяч вітряків є величезні, а й маленькі, на один будиночок. А це якраз гігантські вітряки. Один із найбільших вітряків на сьогодні побудований у вересні 2002 року під Магдебургом у Німеччині. Його потужність - 4.5 мегават, кожна з трьох лопатей досягає 52 метрів у довжину і 6 завширшки, і важить по 20 тонн. Кріпиться ротор на 120-метровій вежі.
Останнє досягнення вітроенергетики — вітряки, діаметр ротора яких перевищує розмах крила літаків-гігантів навіть нашого «Руслана». Така установка має потужність 1-2 мегавати та здатна забезпечувати електроенергією 800 сучасних житлових будинків.
Найбільш поширеним типом вітрових енергоустановок (ВЕУ) є турбіна з горизонтальним валом і числом лопатей від 1 до 3. За оцінками різних авторів, вітроенергетичний потенціал Землі дорівнює 1200 ТВт, проте використання цього виду енергії в різних районах Землі неоднакові. У Росії валовий потенціал вітрової енергії – 80 трлн. кВт/год на рік, але в Північному Кавказі - 200 млрд. кВт/год (62 млн. т ум. палива). Ці величини значно більше відповідних величин технічного потенціалу органічного палива. Середньорічна швидкість вітру на висоті 20-30 м над поверхнею Землі повинна бути досить великою, щоб потужність повітряного потоку, що проходить через належним чином орієнтований вертикальний переріз, досягала значення, прийнятного для перетворення.
Вітрові електростанції вигідні, як правило, в регіонах, де середньорічна швидкість вітру становить 6 метрів за секунду і вище і які бідні на інші джерела енергії, а також у зонах, куди доставка палива дуже дорога.
Норвегія оголосила про плани побудувати найбільший у світі вітряк у 2011 році. Роботи вже ведуться. Висота вітряної турбіни становитиме 533 фути, а діаметр ротора - 475 футів. Як очікується, турбіна забезпечуватиме електроенергією 2000 будинків. Рекордний досвідчений зразок коштує $67,5 мільйонів.
Вітроенергетична установка, розташована на майданчику, де середньорічна питома потужність повітряного потоку становить близько 500 Вт/м2 (швидкість повітряного потоку при цьому дорівнює 7 м/с), може перетворити на електроенергію близько 175 з цих 500 Вт/м2. слід також враховувати ті зміни, які вносяться вітровими установками до ландшафту місцевості, їх розміщення має відповідати не тільки стандартам безпеки та ефективності, але й правильного розміщення на місцевості (млини ВЕУ, розташовані хаотично менш ефективні, ніж ті, які розташовані у певній геометричній послідовності) .
Малі ВЕУ зазвичай призначаються для автономної роботи. Системи, яким вони видають енергію, вибагливі, вимагають подачі енергії вищої якості та не допускають перерв у харчуванні, наприклад, у періоди безвітря. Тому їм необхідний дублер, тобто резервні джерела енергії, наприклад дизельні двигуни тієї ж, як у вітроустановок, або меншої потужності.
Що стосується більш потужних вітроустановок (понад 100кВт), то вони застосовуються як електростанції і включаються зазвичай до енергосистем. Зазвичай одному майданчику встановлюються досить велика кількість ВЕУ, що утворюють так звану вітрову ферму. На одному краю (ферми) може дмухати вітер, на іншому в цей час тихо. Вітряки не можна ставити занадто тісно, щоб вони не загороджували одне одного. Тому (ферма) посідає багато місця.
Вітроенергетика залежить від капризів природи. Швидкість вітру буває настільки низькою, що вітру агрегат зовсім не може працювати, або настільки високою, що вітру агрегат необхідно зупинити та вжити заходів щодо його захисту від руйнування. Якщо швидкість вітру перевищує номінальну робочу швидкість, частина механічної енергії вітру, що видобувається, не використовується, з тим щоб не перевищувати номінальної електричної потужності генератора. Для ефективної роботи ВЕУ їх розміщують на відкритих просторах, рідше на територіях сільськогосподарських угідь, що підвищує їхню продуктивність. У гірських районах вітру установки працюють ефективно через природні особливості цих місцевостей, там переважає рух повітряних мас з великою силою і швидкістю, до того ж це дає енергію в важкодоступні райони.
Правильне встановлення впливає на ККД вітру агрегатів тому питома вироблення електричної енергії протягом року становить 15 - 30% енергії вітру або навіть менше залежно від місця розташування та параметрів установки.
В даний час рекорд за розміром та потужністю (141 метр і 7 мегават) належить вітрогенератору Enercon E-126, розташованому біля німецького містечка Емден.
Встановлення вітряка Enercon E-126:
Вітряні двигуни не забруднюють навколишнє середовищевідсутність впливу на тепловий баланс атмосфери Землі; відсутність споживання кисню, викидів вуглекислого газу та інших забруднювачів Щоб виробляти з допомогою багато електроенергії, необхідні величезні простору землі. Найкраще вони працюють там, де дмуть сильні вітри.
Сьогодні вітроелектричні агрегати надійно постачають струмом нафтовиків; вони успішно працюють у важкодоступних районах, на далеких островах, в Арктиці, на тисячах сільськогосподарських ферм, де немає поблизу великих населених пунктів та електростанцій загального користування.
У проектуванні установки найважча проблема полягала в тому, щоб за різної сили вітру забезпечити однакову кількість оборотів пропелера. Адже при підключенні до мережі генератор повинен давати не просто будь-яку. електричну енергію, а тільки змінний струм із заданим числом циклів за секунду, тобто зі стандартною частотою 50 - 60 Гц. Тому кут нахилу лопатей по відношенню до вітру регулюють за рахунок попорота їх навколо поздовжньої осі: при сильному вітрі цей кут гостріший, повітряний потік вільніше обтікає лопаті і віддає їм меншу частину своєї енергії. Крім регулювання лопатей, весь генератор автоматично повертається на щоглі проти вітру.
Одна з проблем вітру агрегатів - це надлишок енергії у вітряну погоду і не достатній її період без вітру. Способів зберігання вітряної енергії дуже багато розглянемо найпростіші один із способів: полягає в тому, що вітряне колесо рухає насос, який накачує воду в розташований вище резервуар, а потім вода, стікаючи з нього, приводить в дію водяну турбіну та генератор постійного або змінного струму. . Існують і інші способи, і проекти: від звичайних, хоч і малопотужних акумуляторних батарей до розкручування гігантських маховиків або нагнітання стисненого повітря в підземні печери і аж до виробництва водню як паливо. Особливо перспективним є останній спосіб. Електричний струмвід вітру агрегату розкладає воду на кисень та водень. Водень можна зберігати в зрідженому вигляді і спалювати в топках теплових електростанцій у міру потреби.
Вітряки ставлять не лише на суші, а й на водних просторах:
Найвищий вітряк у світі знаходиться в провінції Сан-Хуан на висоті 4110 метрів над рівнями моря. Його встановила найбільша золотодобувна компанія у світі — Баррік. Вітряк занесено до книги рекордів Гіннеса.
Вітроустановка дорога техніка, але витрати на її придбання окупляться протягом перших 7 років експлуатації. Розрахунковий термінслужби – 25 років.
Європейський лідер з використання енергії вітру – Данія. У цій країні їх зазвичай розміщують на скелястих рифах та мілководді, на відстані до 2 км від берега.
Клікабельно
Найвітрянішим місцем у Європі вважають шотландські Зовнішні Гібриди. Північна частина цих островів продувається постійно. Вітер там практично ніколи не вщухає.
Наприкінці минулого року компанія Deepwater Wind оголосила про плани створення найбільшої у світі глибоководної вітрової електростанції.
Передбачається, що вона буде зведена протягом 29 до 43 км від узбережжя штату Род-Айленд і Массачусетс і вироблятиме до 1 000 мегават, що можна порівняти з ядерним енергоблоком. Вітряки будуть встановлені в океані з глибиною дна 52 м - це значно глибше, ніж будь-яка сучасна сучасна вітроелектростанція.
Клікабельно
А ось ще є такий цікавий вітряк
Перша в світі плавуча вітряна турбіна була встановлена в Північному морі біля узбережжя Норвегії. Про це повідомила у вівторок норвезька енергетична компанія StatoilHydro. Турбіна, названа Hywind, досягає заввишки 65 метрів і важить 5.300 тонн. Її встановили приблизно за 10 кілометрів від острова Кармой, біля південно-західного узбережжя країни, йдеться в прес-релізі компанії.
"Вітряк" встановлений на плаваючій платформі, яка закріплена трьома якорями. Як баласт виступають вода і каміння, поміщені всередину платформи.
StatoilHydro планує проводити випробування Hywind протягом наступних двох років, перш ніж ухвалить рішення про виробництво більшої кількості плавучих вітрових турбін.
На думку фахівців StatoilHydro, ця технологія може становити інтерес для Японії, Південної Кореї, американського штату Каліфорнія, частини Східного узбережжя Сполучених Штатів та Іспанії. Це лише частина потенційних ринків.
Hywind може встановлюватися на більшій відстані від берега, ніж статичні вітрові турбіни, що вже перебувають в експлуатації. Йдеться про глибини від 120 до 700 метрів, що дозволяє розміщувати нову турбіну значно далі від берега.
У створення 2,3-мегаватної плаваючої турбіни було вкладено загалом 400 млн. крон (46 мільйонів євро), що робить її дорожчою за наземні аналоги. Тепер головне завдання компанії-виробника – здешевити свою розробку.
Вітрова енергія це величезна енергія, треба лише правильно її отримувати та зберігати.
Розглянемо тепер негативний вплив ВЕУ на довкілля людини і тварин, на телевізійний зв'язок та шляхи сезонної міграції птахів. Справді, великі ВЕУ впливають на телесигнал. На відстані до 0.5 км вони викликають перешкоди в телесигналі, це пов'язано з тим, що лопаті вітрового колеса ВЕУ відображають сигнали, викликаючи перешкоди при передачі телевізійного сигналу. Внаслідок роботи великих ВЕУ понад 20 кВт виникає достатня кількість інфразвуку, що впливає на стан людини та тварин. Працюючи великих ВЭУ виникає і природний шум від роботи вітрового колеса. Тому розміщення ВЕУ більше 10 кВт небажано в межах риси міста. З цими негативними чинниками намагаються боротися, зокрема застосовуючи нові види матеріалу, здатні пропускати сигнали у великому спектрі тощо.
Вітрова енергетика викликає все більший інтерес та прагнення до вдосконалення установок для максимальної ефективності. Багато країн починають їх застосовувати в будинках, на фермах, на невеликому виробництві.
А ось такий проект:
Незвичайна вітрова електростанція, що має не три, а дві лопаті, незабаром з'явиться біля східного узбережжя Шотландії. За даними Inhabitat, шотландський міністр енергетики Фергюс Юінг (Fergus Ewing) днями оголосив, що уряд схвалив будівництво інноваційної вітрової турбіни за проектом голландської компанії 2-B Energ. Гігантський дволопатевий вітряк потужністю 6 мегават буде зведений у складі комплексу Energy Park Fife приблизно за 20 метрів від берега.
Вертолітний майданчик, що викликає чимало питань, присутній тільки на проектних картинках у розділі «загальне враження». У шотландському уряді посадка гелікоптерів на вітряк не обговорюється (ілюстрації 2-B Energy).
2-B Energy з нуля розробила новий тип турбін у 2007 році. Її вітряки призначені саме для роботи на воді, у прибережній зоні, де немає строгих вимог до шуму та жорстких обмежень за розміром конструкції. Що стосується двох лопатей замість трьох, то компанія пояснює: чим менше частин, що рухаються, тим краще в плані ремонтопридатності.
Як повідомляє BusinessGreen, 2-B Energy хотіла встановити в Шотландії два вітряки, але отримала схвалення лише на один.
«Той факт, що інноваційні компанії вирішують перевірити свої нові ідеї саме в Шотландії, вкотре підтверджує репутацію нашої країни як місця для розробки та впровадження всіх типів нових „зелених“ енергетичних технологій», - заявив міністр Юінг. Судячи з усього, будівництво експериментальної турбіни розпочнеться у 2014 році.
Клікабельно
Ну і ще один проектик:
Невелика американська фірма Joby Energy розробила проект установки у вигляді величезного літаючого змія. Змій є прямокутним металевий каркас, що несе на собі десяток невеликих лопатей. Спочатку лопаті приводяться в дію моторами і, подібно до пропелера літака, піднімають каркас на висоту 400-500 метрів.
Там у справу вступають потужні висотні вітри, що обертають лопаті, виробляючи електричну енергію. Частина її йде на підтримку каркасу в повітрі, а основна частина передається на землю тією металевою «ниткою», яка з'єднує каркас із місцем запуску. Звичайно, для цього потрібні міцні та легкі матеріали, необхідні для створення літаючого (і піддається потужним тискам) гігантського, в десятки метрів завдовжки, каркаса, та електроніка, яка повинна забезпечувати автоматичне керуванняпольотом і маневруванням, і датчики, що безперервно вимірюють швидкість, напрям вітру і орієнтацію апарату, і комп'ютери, які за вказівками цих датчиків автоматично і безперервно контролюють і змінюють орієнтацію каркаса до вітру, щоб забезпечити максимальний ккд, і багато іншого, чого не було ще 10 років тому.
Клікабельно 3000 рх
Новий план не просто реальний. Він ще й досить перспективний, про що говорить одна, але дуже промовиста цифра: нинішня потреба людства в енергії становить, за підрахунками, 17 терават, тим часом як потужність вітрів у тропосфері дорівнює 870 тераватам, тобто в 50 разів більше. (Нагадаємо, що тропосферою називається приземний шар атмосфери до висоти в 20-30 кілометрів, відокремлений від вище лежачої стратосфери перехідним шаром; під цим шаром утворюються характерні для тропосфери постійні «струменеві потоки» (jet streams) зі швидкостями вітру від 0 до 0 Для порівняння: на землі ураганною вважається швидкість вище 117 кілометрів на годину.) Далеко не випадково ця фірма так енергійно відчуває одну систему за іншою. Агентство НАСА найближчим часом проводить щось на кшталт всеамериканського конкурсу на найкращий проектнадійної та безпечної літаючої турбіни потужністю 300 кіловат. Той факт, що на цьому конкурсі фірма буде лише одним із кількох десятків конкурентів, свідчить про інтерес, який проявляється до нового виду «чистої» енергії. Але ще яскравіше про те ж каже інтерес, який виявляється до нового плану американським урядом. Це саме воно виділило НАСА гроші для координації та перевірки всіх цих приватних проектів.
Зараз на попередньому випробуванні знаходяться різні варіанти літаючих турбін — у вигляді повітряного змія, підвісного аеростата, літаючого крила, парашута і так далі. Відбір доручено НАСА, який вже має досвід такої роботи. Має бути найперше ефективний вид носія турбіни. Для цього всі вони перевірятимуться в однакових умовах польоту на висоті до 600 метрів — це межа, яку спочатку встановив федеральний уряд.
Навіть на цій висоті турбіни, що літають, цілком можуть показати свої переваги перед наземними, адже сила вітру, як уже говорилося, зростає з висотою, а потужність вітряків, як уже з'ясувала практика, пропорційна кубу сили вітру. Це означає, що навіть при подвоєній за рахунок висоти силі вітру турбіна, що літає, може дати в 8 разів більше потужності, ніж наземна, а при потроєній — навіть у 27 разів більше. Як вважають розрахунки, у майбутньому, коли такі турбіни літатимуть на висоті 8-9 кілометрів, на рівні найнижчих «струменевих течій» із їхньою середньою швидкістю вітру 240 кілометрів на годину, вони зможуть давати 20 000-40 000 ватів на квадратний метр. замість 500 ват, які дають нинішні наземні вітряки.
Крім того, у них є ще та перевага, що установка запуску, де кріпиться нанотрубкова «нитка» (вона ж кабель для прийому струму), займає дуже малу площу. Та й вартість турбіни-змія набагато менша, ніж, скажімо, того норвезького гіганта, який зараз готується випливти в море. З іншого боку, вітряки, що літають, звичайно, поступаються таким гігантам за максимальною потужністю кожної окремої установки. Щоб зрівнятися з потужністю норвезького плавучого вітряка, вітряк, що літає, повинен мати робочу площу в кілька сотень. квадратних метрів, А це ставить перед конструкторами дуже важкі - і поки нерозв'язні - технічні завдання (в сенсі міцності, підйомної сили і так далі.) Так що перегнати наземні вітряки за сумарною потужністю можна тільки за рахунок кількості, і тому ентузіасти нового плану говорять сьогодні про створення величезної мережі таких вітряків, що літають, пускові установки яких будуть зібрані на певних ділянках тієї чи іншої країни — щось на кшталт проекту «Дезертек», що пропонує покрити Сахару суцільними сонячними дзеркалами.
На відміну від «Дезертеку», в даному випадку виникає, однак, складне питання про повітряний простір. Кожна турбіна, що літає, вимагає своєї нитки, а оскільки ця турбіна не стоїть на одному місці, а під впливом вітру і нитки описує певні траєкторії в небі, їй потрібен також свій «повітряний коридор» — такий собі колодязь, на дні якого знаходиться її пускова установка, а «стіни» задані межами безперешкодного переміщення цієї турбіни під впливом вітру. Але в повітрі сьогодні літають літаки: приватні — на малій висоті, військові, вантажні та пасажирські — на великій, і кожному з них потрібний свій повітряний коридор. Система цих коридорів встановлюється в національному та міжнародному масштабі, і наявність безлічі «ниток» і самих літаючих турбін може створити величезну небезпеку. Через це розвиток мережі літаючих турбін потребує складних диспетчерських розрахунків та системи міжнародних угод. Тому НАСА передбачає провести свої конкурсні випробування вже існуючих проектів турбін, що літають, і перевірку проектів їх подальшого вдосконалення в одному єдиному місці — на узбережжі Каліфорнії (з тим, щоб нитки проходили над морем) і не вище 600 метрів, щоб не заважати рейсам звичайної авіації.
І все-таки, незважаючи на всі ці труднощі, можна сказати, що план видобутку енергії з повітря починає набувати реальних обрисів. Свій і, можливо, вельми істотний з часом внесок у звільнення світу від нафтового зашморгу та небезпеки глобального потепління вітряки майбутнього, що літають, напевно, зроблять.
Клікабельно
Клікабельно 2000 рх
Клікабельно
А ось що трапляється з вітряками під час експлуатації.
Освоєння енергії вітру в усьому світі, останніми роками, відбувається дуже стрімко. Лідерами на даний момент є Китай та США, однак і решта світу поступово розвиває цей перспективний напрямок «чистої» енергетики, що базується на невичерпному природному ресурсі – енергії вітру. З кожним роком у світі встановлюється все більше і більше, і очевидна тенденція до подальшого поширення технології.
Давайте розглянемо переваги та недоліки використання вітроелектричних установок.
Переваги:
1. Використовується повністю відновлюване джерело енергії. Внаслідок дії сонця, в атмосфері постійно рухаються повітряні потоки, для створення яких не потрібно добувати, транспортувати та спалювати жодне паливо. Джерело принципово невичерпне.
2. У процесі роботи вітряної електростанції немає шкідливих викидів. Це означає, що відсутні як будь-які парникові гази, так і будь-які відходи виробництва взагалі. Тобто технологія є екологічно безпечною.
3. Вітряна станція не використовує воду для своєї роботи.
4. Вітряна турбіна та основні робочі частини таких генераторів розташовані на значній висоті над землею. Щогла, на якій встановлена вітряна турбіна, займає невелику площу на землі, тому навколишній простір може бути з успіхом використано для господарських потреб, там можуть бути розміщені різні будівлі та споруди, наприклад, для сільського господарства.
5. Застосування вітрогенераторів є особливо виправданим для ізольованих територій, куди звичайними способамиелектроенергію не доставити, і автономне забезпечення таких територій є, мабуть, єдиним виходом.
6. Після введення в експлуатацію вітряної електростанції вартість кіловат-години генерованої таким чином електроенергії значно знижується. Наприклад, у США спеціально досліджують роботу нововстановлених станцій, оптимізують ці системи, і таким чином вдається знижувати вартість електроенергії для споживачів до 20 разів від первісної вартості.
7. Технічне обслуговуванняу процесі експлуатації мінімально.
Недоліки:
1. Залежність від зовнішніх умов у конкретний момент. Вітер може бути сильним, або може бути взагалі. Для забезпечення безперервної подачі електроенергії споживачеві у таких непостійних умовах необхідна система зберігання електроенергії значної ємності. Крім цього, потрібна інфраструктура передачі цієї енергії.
2. Спорудження вітрової установки потребує матеріальних витрат. У деяких випадках залучаються інвестиції в регіонах, що не завжди легко забезпечити. Саме стартовий етап, саме будівництво проекту є дуже дорогим заходом. Згадана вище інфраструктура – важлива частина проекту, яка також коштує грошей.
У середньому вартість 1 кВт встановленої потужності становить $1000.
3. Деякі експерти вважають, що вітряки спотворюють природний ландшафт, що їхній вигляд порушує природну естетику. Тому великим фірмам доводиться вдаватися до допомоги професіоналів з дизайну та ландшафтної архітектури.
4. Вітряні установки роблять аеродинамічний шум, який може завдати дискомфорту людям. З цієї причини в деяких країнах Європи ухвалено закон, за яким відстань від вітряка до житлових будинків не повинна бути меншою за 300 метрів, а рівень шуму не повинен перевищувати 45 дБ вдень і 35 дБ вночі.
5. Є невелика ймовірність зіткнення птиці з лопатею вітряка, проте вона настільки мала, що навряд чи потребує серйозного розгляду. А ось кажани більш уразливі, оскільки будова їх легенів, на відміну від будови легких птахів, сприяє отриманню смертельної баротравми, при попаданні ссавця в область зниженого тиску біля краю лопаті.
Незважаючи на недоліки, переваги вітряних генераторів щодо користі для навколишнього середовища очевидні. Для наочності варто відзначити, що робота вітрогенератора потужністю 1 МВт дозволяє заощадити за 20 років близько 29 000 тонн вугілля або 92 000 барелів нафти.
Доктор фізико-математичних наук Олександр Соловйов, Кирило Дегтярьов (Науково-дослідна лабораторія поновлюваних джерел енергії географічного факультету МДУ ім. М. В. Ломоносова).
Фото Ігоря Константінова.
Промислова вітрова електростанція, побудована 1931 року в Криму, спроектована в ЦАГІ і була на той момент найбільшою у світі - її потужністю 100 кВт. Під час Великої Вітчизняної війнивона була зруйнована.
Темпи зростання встановлених потужностей вітроелектростанцій.
Зростання встановлених потужностей вітроелектростанцій по ключових регіонах. Джерело: Global Wind Energy Council.
Висота деяких вітрогенераторів сягає сотень метрів. На фото: встановлення однієї з турбін вітропарку Ведмежа Гора (Bear Moun-tain) у провінції Британська Колумбія у Канаді. Одна така вітроустановка забезпечує електроенергією 300 домогосподарств.
Офшорний вітропарк у Данії поблизу Копенгагена. Розміщення вітрогенераторів у морі - непогане вирішення проблеми нестачі площ для будівництва потужних вітроелектростанцій. Крім того, завдяки морському бризу вітряки працюють 97% часу.
Рівень шуму від джерел. Джерело: Єрмоленко Б. В., Єрмоленко Г. В., Риженков М. А. Екологічні аспекти вітроенергетики // Теплоенергетика, 2011 № 11.
Річна оцінка смертності птахів у Європі. Джерело: European Wind Energy Association, 2010.
Вітер відносять до відновлюваних або альтернативних джерел енергії. Його переваги очевидні: вітер дме завжди і скрізь, його не треба добувати. Загальні запаси енергії вітру у світі оцінені в 170 трлн кВт·год, або 170 тис. терават-годин (ТВт·ч), на рік, що у вісім разів перевищує нинішнє світове споживання електроенергії. Тобто теоретично все електропостачання у світі можна було забезпечити виключно за рахунок енергії вітру. А якщо згадати, що її використання не забруднює атмосферу, гідросферу та ґрунт, то це джерело енергії взагалі здається ідеальним. Але, на жаль, все має зворотний бік, і вітроенергетика не є винятком.
Використання енергії вітру - давня історія: скільки років вітрякам та вітрильним суднам? Та й вітроелектростанції почали будувати ще на початку минулого століття. Слід зазначити, що одним із лідерів у цій галузі у 1930-1950-і роки був Радянський Союз. У далекому 1931 році в Криму, біля Балаклави, було введено в експлуатацію вітроелектростанцію, яка працювала до 1941 року. Під час боїв за Севастополь її було повністю зруйновано. Опорну конструкцію вітродвигуна (щоглу) збудували за проектом Володимира Григоровича Шухова. Вітроагрегат з колесом діаметром 30 м і генератором 100 кВт був на той період найпотужнішим у світі. Вітроагрегати в Данії та Німеччині на той час мали діаметр колеса до 24 м, а їхня потужність не перевищувала 50-70 кВт.
У 1950-1955 роках у СРСР вироблялося 9000 вітроустановок на рік. Під час освоєння цілини в Казахстані було збудовано першу багатоагрегатну вітроелектростанцію, яка працювала в парі з дизельним двигуном, загальною потужністю 400 кВт, стала прообразом сучасних європейських вітропарків і систем «вітро-дизель». Цікавий факт наводиться в автобіографічній трилогіїчукотського письменника Юрія Ритхеу «Час танення снігів»У його рідному стійбищі Улак електричне освітлення з'явилося наприкінці 1930-х років саме завдяки вітродвигуну, який забезпечував електроенергією та сусідню полярну станцію.
Проте активний розвиток вітроенергетики у світі розпочався лише у 70-х роках минулого століття. Передумовами до нього стали загострення екологічні проблеми(забруднення атмосфери через роботу ТЕС, кислотні дощі тощо) у поєднанні зі зростанням цін на нафту та бажанням послабити залежність західних країн від постачання вуглеводнів із СРСР та країн третього світу. Нафтова криза 1973-1974 років дала додатковий стимул вітроенергетики і вивів питання про її розвиток на державно-політичний рівень.
Проте ставлення до вітроенергетики було (і залишається) неоднозначним, - поруч із ентузіазмом були присутні скепсис і невдоволення, зокрема, як не дивно, пов'язані з екологічними аспектами. Ось один із прикладів того, що писала з цього приводу зарубіжна преса у 1994 році: «Виникають і неприємні парадоксальні ситуації, коли люди незадоволені будівництвом вітрових станцій і часто блокують їх саме з екологічних міркувань – групи станцій створюють шумове та візуальне забруднення місцевості».
Подібні претензії до вітроустановок звучали, наприклад, у Нідерландах, де вітростанції, на думку громадськості, порушували традиційний вигляд території, та й розміщувати тисячі турбін у країні з високою щільністю населення, на думку критиків, нема де.
З того часу загальна встановлена потужність вітроелектростанцій у світі зросла в 60-75 разів. З'явилися величезні конструкції, підняті на висоту сотні метрів. Потужності окремих вітрогенераторів досягають кількох мегават, гігаватні вітропарки можна порівняти з найбільшими об'єктами «традиційної» енергетики - теплової, атомної та гідроенергетики.
У 2012 році встановлена потужність вітроелектростанцій у світі досягла 282 ГВт, що перевищує сумарну потужність усіх електростанцій Росії і можна порівняти з потужністю всіх АЕС на планеті. Проте дають вони лише близько 2,4% усієї світової електроенергії, хоча в окремих європейських країнах, наприклад, у Данії чи Іспанії, їхня частка наближається до 20%. Тобто вітроенергетика так і не стала переважаючим у загальній системі вироблення електроенергії у світі. Та й на решту відновлюваних нетрадиційних джерел енергії, включаючи енергію припливів і відливів, сонця, геотермальну енергію, припало всього 3,7%.
Після кількох десятиліть зростання, потужної інформаційної та фінансової підтримки відновлюваної енергетики картина могла б бути і більш вражаючою. Адже в Європі та США виробники зеленої енергії підтримуються на державному рівні. Зокрема, у портфелі енергозбутових компаній має бути обов'язкова частка енергії відновлюваних джерел – лише в цьому випадку гарантується збут. До того ж у багатьох країнах для виробників поновлюваної енергії діють податкові пільги. Тим часом, після бурхливого зростання кількості вітрових генераторів енергії в останні півтора десятиліття відзначається його деяке уповільнення: у 2011-2012 роках темпи введення в експлуатацію встановлених потужностей вітроенергостанцій були найнижчими за останні 16 років.
Особливо це помітно у Європі. Можливо, подібне уповільнення пов'язане з економічною кризою, що вибухнула, але ймовірна й інша причина - територіальні «ресурси» Старого Світу близькі до вичерпання, тобто вітроенергоустановки в Європі вже просто ніде будувати. За даними агентства Bloomberg New Energy Finance, у 2012 році інвестиції у відновлювану енергетику у світі загалом скоротилися на 11%, при цьому вони продовжували зростати в азіатських країнах. Слід додати, що 15 років тому більше половини всіх вітроенергетичних потужностей світу припадало на США, потім різко вирвалася вперед Європа, і останні роки лідерство захопив Китай.
Добре, та недешево
Вітроелектростанції явно відстають від АЕС та ГЕС за коефіцієнтом використання встановленої потужності. Якщо для АЕС він становить 84%, для ГЕС – 42%, то для вітроелектростанцій – лише 20%, що обумовлено характером самого джерела енергії: вітер дме з достатньою силою далеко не завжди. Тобто вітроелектростанції у 2-4 рази менш продуктивні, ніж електростанції традиційних типів, і для отримання такої ж кількості електроенергії їх треба збудувати у 2-4 рази більше. Це додаткові площі і матеріали, а отже, більший екологічний збиток (у чому б він не полягав) у перерахунку на кіловат виробленої електроенергії.
За інформацією Російської асоціації вітроіндустрії (РАВІ), металоємність сучасного вітрогенератора потужністю 3 МВт досягає 350 тонн. Якщо ТЕС у 1 ГВт потребує площі близько кількох гектарів, то під вітропарк такої ж потужності доводиться відводити тисячі гектарів. І хоча на території вітропарку можна вести й іншу господарську діяльність і навіть жити, набувають чинності відносини власності - потрібен викуп або оренда великої ділянки землі.
Вартість будівництва вітроелектростанції близько 1500-2000 доларів на 1 кВт встановленої потужності, що можна порівняти з витратами на будівництво АЕС і в кілька разів вище за інвестиційні витрати на будівництво ТЕС. Агрегати високої потужності - з великою висотою щогли та великим діаметром лопатей, що працюють в умовах сильних вітрів та морозів, потребують підвищеної надійності, а отже, вимагають додаткових витрат на будівництво та обслуговування.
Собівартість 1 кВт електроенергії, що виробляється на вітроелектростанції, теж насправді не дорівнює нулю. Європейський досвід показує, що сумарні експлуатаційні витрати 0,6-1 євроцент на 1 кВт·год, а машин з терміном експлуатації вище 10 років витрати зростають до 1,5-2 євроцента на 1 кВт·ч. Відповідно це 24-40 та 60-80 копійок на 1 кВт·год. Для порівняння, витрати на вироблення 1 кВт·год на ГЕС та АЕС – близько кількох копійок, на ТЕС – за нинішнього рівня цін на вуглеводні – близько 1 руб./кВт·год.
Тож про «відновлюваність» тих чи інших джерел енергії доводиться говорити з великою часткою умовності. Адже на створення енергетичних об'єктів, які використовують ці джерела, доводиться витрачати матеріали (зокрема, метали), які не поновлюються, видобуток і обробка яких далеко не завжди екологічно бездоганні.
Що стосується розвитку великомасштабної вітроенергетики, то воно гальмується насамперед через згадані вище високу металоємність, складність конструкцій вітроенергоустановок, потреби у великих площах, низьку продуктивність і недостатню стабільність роботи. Крім того, під загрозою можуть опинитися такі стимули розвитку вітроенергетики, як вичерпання запасів вуглеводневої сировини та антропогенне потепління клімату. Є багато даних, що запаси вуглеводнів великі, а роль людини у глобальній зміні клімату, та й сама зміна клімату – питання дискусійні.
Проте вітер, як та інші альтернативні джерела відновлюваної енергії, залишається щодо перспективним. Щоправда, за прогнозами фахівців, у найближчі десятиліття першу скрипку у світовій альтернативній енергетиці почне грати сонячна, а не вітряна енергія. Переваги сонячної енергетики зрозумілі - це в перспективі компактніші і менш матеріаломісткі системи, а сонце - відносно стабільне і передбачуване джерело енергії.
Вітряками – з екології?
Екологи висувають чимало претензій до вітроенергетики. Це шум, що створюються при роботі лопатей, інфразвукові коливання і вібрації, що негативно діють на людей, техніку і тварин. Вітряки не просто порушують звичні, милі оку краєвиди, величезні лопаті, що обертаються, впливають на психіку людини. У районі вітропарків перестають селитися тварини та птахи. Є ризики, пов'язані з відривом лопат та іншими аваріями на великих вітроелектростанціях. Крім того, під час роботи безлічі вітрогенераторів на великих площах можливе локальне зниження сили та зміна конфігурації вітрів. Додаткову проблему створює необхідність утилізації лопатей, які вичерпали свій ресурс.
Які з цих недоліків і ризиків уявні і які реальні, нагадує двадцятирічний досвід використання енергії вітру в густонаселеній Європі. Так, не підтверджуються побоювання, пов'язані з інфразвуком та роботою лопатей, - про це говорять проведені оцінки рівня шуму та смертності птахів, з яких видно, що шум на відстані 350 м від вітростанції лише трохи перевищує фоновий. А кількість птахів, що загинули від зіткнення з вітряками, у три з половиною тисячі разів менша, ніж, наприклад, від зустрічі з кішками.
Звичайно, у подібних оцінках є нюанс: багато залежить від кількості вітроелектростанцій. При існуючій кількості збитки справді мінімальні, але що станеться, якщо вітроагрегатів стане значно більше?
Крім того, при порівняльній оцінці кількості птахів, що гинуть, треба враховувати, про які види йдеться. Кішки полюють на гороб'ячих, а при зіткненнях з вітроелектростанціями достатньо великих висотахможуть гинути більш рідкісні та цінніші види пернатих. Не слід скидати з рахунків і порушення міграційних маршрутів птахів.
Проте сумарні екологічні збитки від вітроенергетики істотно нижчі порівняно з «традиційними» способами генерації енергії. У Європі зовнішній негативний соціально-екологічний ефект на 1 кВт·год виробленої електроенергії оцінено 0,15 цента для вітроенергетики, 1,1 цента - для газових ТЕС і 2,5 цента - для вугільних.
Винятком є проблема утилізації лопатей вітрогенераторів, виконаних з композитних матеріалів. Справа в тому, що термін служби лопат 20-25 років і перші з побудованих вже близькі до вироблення ресурсу. Особливо гостро з цією проблемою доведеться зіткнутися вже у 2020 році, коли загальна маса відпрацьованих лопат у світі становитиме 50 000 тонн, а до 2035 року зросте до 200 000 тонн.
На даний момент використовуються два основних способи утилізації лопат, зроблених зі склопластику: механічний і термічний. Перший метод передбачає механічне подрібнення волокон і гранул, що становлять композитний матеріал лопатей, які потім використовують як сировину для виробництва низькосортної продукції. Однак у більшості випадків турбіни, що виробили ресурс, піддають термічній обробці, тобто спалюють. Це явно «антиекологічний» спосіб утилізації, який абсурдно виглядає на тлі заяв про «екологічно чисту» вітроенергетику. При цьому зольність маси, що спалюється (частка негорючого неорганічного залишку в загальній масі матеріалу) близько 60% і зола, що утворюється, вимагає поховання.
Фахівці РГТУ ім. Д. І. Менделєєва вважають, що для переробки лопат більш перспективний піроліз (нагрівання без доступу кисню при 500 ° С). Отримані речовини (піролізат) можна використовувати для виробництва піноскла і склоблоків, а газ, що утворюється при піролізі, спалювати для отримання електроенергії.
Російські перспективи
В даний час сумарні встановлені потужності вітроенергоустановок у Росії не перевищують кількох десятків мегават, а частка вітроенергетики в загальному обсязі виробництва електроенергії мізерна. У той же час реалізуються кілька великих проектів, насамперед у степових районах півдня країни та прибережних зонах. Ймовірно, найближчими роками ситуація з вітроенергетикою може помітно змінитись.
Великі простори, порівняно низька щільність населення та господарських об'єктів суттєво знижують екологічні ризики роботи ВЕС у Росії порівняно з європейськими країнами. Одночасно великі відстані та слабо розвинена транспортна інфраструктура ускладнюють розвиток вітроенергетики та створюють додаткові труднощі в обслуговуванні вітроагрегатів та вітростанцій.
Інша, досить очевидна причина слабкого розвитку вітроенергетики в Росії – наявність великих запасів вуглеводнів, дешевшої енергетичної сировини. Як згадувалося вище, відкриття та розробка великих родовищ нафти та газу позбавили СРСР, який був колись одним із світових лідерів у вітроенергетиці, стимулів розвитку у цій галузі. Проте думка, що нам не потрібна альтернативна енергетика (і вітроенергетика, зокрема), не має під собою підстав. Нафтогазовий достаток нашої країни не варто перебільшувати, а нинішній рівень енергоозброєності недостатній для повноцінного соціально-економічного розвитку, що потребує пошуку нових джерел енергії. Російські споживачі стикаються з дорожнечею підключення до енергомереж, і для них вигідніше використовувати місцеві відновлювані ресурси, зокрема енергію вітру. Крім того, понад 70% території нашої країни, на якій проживає близько 20 млн осіб, знаходиться поза системою централізованого енергопостачання.
Не можна скидати з рахунків, що наша країна має найбільший у світі вітроенергетичний потенціал - близько 40 млрд кВт·г електроенергії на рік. А це означає, що експлуатація великих і особливо малих вітроенергоустановок на величезних російських просторах могла б бути ефективнішою. Райони Російської Півночі, і зокрема Обська губа, Кольський півострів, більша частина прибережної смуги Далекого Сходу, за світовою класифікацією відносяться до найвітряніших зон. Середньорічна швидкість вітру на висотах 50-100 м, для яких виробляються сучасні вітроагрегати, становить 11-12 м/с, що вдвічі перевищує так званий економічний поріг вітроенергетики, пов'язаний із окупністю ВЕС.
Використання енергії вітру - один із перспективних напрямів сучасної енергетики. Останніми роками спостерігається масове збільшення розмірів та кількості вітропарків у всіх прогресивних країнах світу. «Вітряки» стають вищими, а їхні лопаті довші і легші, що дозволяє їм працювати навіть при невеликій силі вітру. Споруди встановлюються повсюдно: у лісах, полях, на узбережжях, у прибережних водах морів та океанів (офшорні парки). Навіть у густонаселених мегаполісах архітектори примудряються впровадити вітрогенератори у конструкції хмарочосів, перевівши їх на часткове самозабезпечення.
Для координації зусиль та швидкого реагування на зміни запитів ринку вітрової енергії створено міжнародну некомерційна організація WWEA (World Wind Energy Association) зі штаб-квартирою у Німеччині. Сьогодні асоціація об'єднує інтереси понад сотні країн-учасниць. Завданням WWEA є постійний моніторинг потреб та пропозицій у галузі відновлюваної енергетики, проведення досліджень та надання консультацій зацікавленій спільноті.
Асоціація відстежує розвиток вітроенергетичної галузі у всіх країнах та становить рейтинг провідних споживачів та постачальників відповідного обладнання. Відповідно до інформації, опублікованої на сайті організації 10 лютого 2016 року, лідерами використання альтернативної енергетики є наступна десятка країн.
Десять країн із найрозвиненішою вітроенергетикою у 2015 році
Китай.Сумарне вироблення електроенергії у вітропарках Китаю наприкінці 2015 року наблизилося до 150 ГВт. При цьому, країна є відносно новим гравцем на ринку вітроенергетики. Але темпи зростання промисловості диктують свої умови, тому найближчими роками планується подальше нарощування вітроенергетичного потенціалу країни. Заявлена країною цифра споживання вітрової енергії до 2020 року становить 200 ГВт, проте, судячи з щорічного приросту 25-28%, цей термін настане раніше.
США.Розвиток альтернативної енергетики, зокрема вітрової, у Сполучених Штатах - постійний, планомірний процес. До початку 2016 року сумарну потужність американських вітропарків оцінено у 74,35 ГВт. Через досить жорстку регуляторну політику, яку проводить влада в енергетичній галузі, в країні не спостерігається яскраво вираженого буму будівництва «вітряків», проте країна продовжує впевнено утримувати друге місце.
Німеччинає традиційним лідером у виробництві вітрових турбін. Все інноваційне обладнання в цій галузі виробляється тут. Загальна потужність власних вітроелектростанцій Німеччини - зараз - 45,2 ГВт, що становить близько третини сумарної продуктивності вітропарків усього Євросоюзу. Приріст частки енергії, що виробляється вітряками в країні в 2015 році, склав майже 10%.
Іспаніязаймає 4-е місце в рейтингу країн із найрозвиненішою вітроенергетикою. У разі пригніченого стану економіки та нестачі власних природних ресурсів альтернативні види енергії є стратегічним напрямом розвитку. Сумарна потужність вітроелектростанцій країни становить близько 23 ГВт. Відповідно до даних WWEA за 2015 рік у країні не спостерігалося суттєвого приросту частки енергії, яку виробляють «вітряки».
Індія, що переживає бурхливе зростання промисловості, одночасно з цим зазнає гострої нестачі енергетичних ресурсів. Жорсткий дефіцит традиційних джерел значною мірою сформував погляди держави на альтернативні види одержання енергії. Сьогодні індійські вітропарки знаходяться на 5-му місці у світі за сумарною потужністю з показником, що наближається до 25 ГВт. За 2015 рік приріст частки вітрової енергії у країні становив близько 10%.
Розвиток вітроенергетики у країнах ЄС, якВеликобританія, Італія,Франціяпов'язано, насамперед, із поступовим відмовою від використання атомної енергії. Країни не тільки займаються активним будівництвом вітропарків, але й є провідними розробниками та виробниками турбінного обладнання, поряд із Німеччиною. Станом на кінець 2015 року потужності вітропарків становлять: Британія – 13,6 ГВт, Франція – 10,3 ГВт, Італія – 8,95 ГВт.
Влада Канадисприяють впровадженню альтернативних джерел енергії шляхом надання пільг на встановлення та модернізацію відповідного обладнання. Одні з передових щодо цього - штати Онтаріо і Нова Шотландія. На сьогоднішній день сумарна потужність вітрогенераційних парків Канади становить 11,2 ГВт, а приріст потужності порівняно з 2014 роком становив 15,6%.
У Бразиліївітропарки вже кілька років є невід'ємною частиною енергетичної системи, поряд із сонячними станціями. Закупівля електроенергії державою здійснюється шляхом проведення відкритих аукціонів, результати яких підтверджують конкурентоспроможність енергії, що виробляється вітряками. Середня вартість кіловат-години електрики для споживача у Бразилії становить близько 0,05 долара. Протягом 2015 року країна показала абсолютний світовий рекорд із приросту вітроенергетичних потужностей, який становив 46,2%! Сьогодні сумарна потужність вітроелектростанцій Бразилії становить 8,7 ГВт.
ДаніяЧерез свої невеликі розміри країна не може конкурувати за загальною кількістю енергії, що виробляється «вітряками», з такими гігантами як Китай і США. Загальна потужність вітропарків Данії становить 5 ГВт, тому до першої десятки рейтингу вона не входить. Однак при перерахунку кількості кіловат вітрової енергії на душу населення Данія є безперечним світовим лідером. Сьогодні частка вітроенергетики у загальному енергетичному «котлі» країни наближається до 30%, а до 2020 року планується довести цей показник до 50%. Також влада країни оприлюднила програму, відповідно до якої до 2050 року країна відмовиться від використання традиційних енергоресурсів повністю.
Найпотужніші вітропарки у світі
Наведені вище цифри показують, що сьогодні вітрова енергетика займає значну частину енергетичної галузі в усьому світі. При цьому в перспективі частка електроенергії, що виробляється вітряками, буде постійно зростати. В даний час найбільшими постачальниками електроенергії є вітропарки:
- Вітропарк Alta Wind, Каліфорнія, США, що виготовляє 1,55 ГВт чистої електроенергії. Комплекс продовжує розвиватися і вже до 2040 планується приріст його потужності до 4,0 ГВт;
- вітроенергетичний комплекс Ganzu, розташований на заході Китаю і складається з кількох великих вітропарків, сумарна продуктивність яких становить понад 5 ГВт. Відповідно до плану розвитку, до 2020 року планується нарощування потужностей до 20,0 ГВт;
- Британський офшорний масив London Array, розташований у дельті Темзи, - найбільший проект такого роду. На даний час вітропарк на воді генерує 0,63 ГВт електроенергії. Сумарна кількість електроенергії, що виробляється усіма офшорними вітроелектростанціями Британії, становить 3,6 ГВт. Передбачається, що до 2020 року цей показник становитиме 18,0 ГВт;
- Найбільший вітропарк Індії, Jaisalmer, що генерує понад 1 ГВт електроенергії. Власник вітропарку, компанія Suzlon Energy, також є виробником обладнання, що займає на світовому ринку вітрових турбін близько 7%.
Основні гравці на ринку вітрогенераційного обладнання у 2015 році
Донедавна лідерами у виробництві вітряків вважалися європейські країни Німеччина та Данія, а також Сполучені Штати Америки. Найбільш затребувані вітрогенераторні установки випускалися під марками Vestas (Данія) та Enercon (Німеччина). Ці компанії займаються випуском турбін потужністю від 0,8 до 7,5 МВт. Американські вітрогенератори General Electric мають максимальну потужність 3,6 МВт.
У останній рікрекордний прибуток показали китайські виробники. Зокрема, чистий прибуток компанії Goldwind за 2015 рік зріс майже на 56%, досягнувши показника 436 млн. USD. Загальна потужність реалізованих протягом року вітрогенераторів Goldwind становить 7,8 ГВт. Однак стверджувати, що традиційному домінуванню Vestas і GE на світовому ринку покладено край не можна, оскільки своїм блискучим результатам Goldwind зобов'язаний, насамперед, внутрішньому ринку Китаю.
Загальна потужність встановлених турбін Vestas у 2015 році становила 7,3 ГВт. Для американців GE цей показник дорівнює 5,9 ГВт. Німецький виробник Enercon посідає у рейтингу четверте місце. Крім Goldwind до десятки найбільших виробників «вітряків» у 2015 році увійшли ще 4 компанії з Китаю.
Вітроенергетика Росії
p align="justify"> Можливості Росії в генерації вітрової енергії (які в даний час практично не використовуються) оцінюються в 30% від загального електроенергетичного потенціалу країни. Сумарний показник потужності вітропарків Росії, який планується досягти до 2020 року, становить 3 ГВт.
В даний час найбільші вітропарки Росії розташовані в Криму (загальною потужністю близько 60 МВт), Калінінградській області (5 МВт), на Чукотці та в Башкортостані (по 2,2 МВт). У різній мірі готовності знаходяться проекти вітроелектростанцій потужністю від 30 до 70 МВт в Ленінградській, Калінінградській областях, Краснодарському краї, Карелії, Алтаї і Камчатці.
Найближчим часом планується будівництво вітропарку потужністю 35 МВт в Ульяновську. У червні 2016 року Російська асоціація вітроіндустрії планує провести конкурс проектів вітропарків сумарною потужністю 1,6 ГВт.
Негативні сторони вітроенергетики
Сьогодні ніхто не сумнівається, що вітроенергетика – один із найперспективніших видів отримання «чистої», «зеленої» енергії. Крім скорочення викидів вуглекислого газу, який є обов'язковим атрибутом «традиційних» ТЕС та ТЕЦ, використання «вітряків» дозволяє досягти значного зниження електроенергії для споживача, а період окупності обладнання становить 7-8 років.
Проте вітрова енергетика має і негативні сторони. Насамперед - це залежність від сили вітру, внаслідок чого надходження згенерованої електрики у загальну мережу відбуваються нерівномірно. Тому повністю відмовитися від використання традиційних ГЕС і ТЕС на даному етапі розвитку альтернативної енергетики неможливо, оскільки вони необхідні для стабілізації роботи мереж.
Другим негативним чинником і те, що географія можливого розташування «вітряків» часто-густо не збігається з географією споживачів. Ця проблема вирішується шляхом реконструкції чи повного перекрою енергосистеми, що, своєю чергою пов'язані з значними тимчасовими і фінансовими затратами.
Крім цього необхідно сказати і про те, що потужні вітропарки також впливають на навколишнє середовище: нагрівають ґрунт та впливають на мікроклімат. Дослідження, проведені у США, показали, що приріст середньодобової температури на території великої вітрогенераційної станції за 9 років становив 0,72 градуси за Цельсієм. При цьому вчені пов'язують такий температурний стрибок з тим, що в період проведення досліджень з 2003 по 2011 роки кількість вітряків на станції зросла з 111 до 2358 штук. На їхню думку, при стабільній кількості установок приріст температури також має сповільнитись.
