Энергия ветра

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере.

Содержание

• Введение
• История использования энергии ветра
• Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра
• Экономические аспекты ветроэнергетики
  • Экономия топлива
  • Снижение себестоимости электроэнергии
  • Снижение выбросов в атмосферу
• Перспективы развития малой ветроэнергетики на примере США
• Недостатки энергии ветра
  • Шум
  • Радиопомехи
  • Птицы
• Заключение

Введение

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2009 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 157 гигаватт, увеличившись вшестеро с 2000 года.

Использование энергии ветра, как показала практика и опыт многих стран, весьма привлекательно, так как он всегда присутствует в атмосфере вследствие солнечной радиации.

При преобразовании ветровой энергии не выделяется вредных для экологии продуктов и исключаются тепловые выбросы, как это имеет место при использовании ископаемых топлив и ядерной энергии. В отличие от гидроэнергии и энергии приливов, также обусловленных солнечной радиацией, энергия ветра, имеющаяся повсюду, позволяет избежать сложных устройств для её передачи.

Потенциал энергии ветра известен: по оценке Всемирной метеорологической организации запасы ветровой энергии в мире составляют 170 трлн кВт*ч в год. В мире сейчас работает более 30 тысяч ветроустановок разной мощности. Германия получает от ветра 10% своей электроэнергии, а всей Западной Европе ветер дает 2500 МВт электроэнергии.

Одним из лидеров мировой ветроэнергетики как по размерам имеющихся ветряных электростанций, так и по темпам роста установленных мощностей являются США. По данным Американской ассоциации ветряной энергетики (AWEA) к 2008 году США вышли на первое место в мире по мощностям построенных ветроэлектростанций. В 2008 году в США установленные мощности ветроэлектростанций выросли на 50%. За год было построено 8358 МВт новых ветроэлектростанций. На конец 2008 года суммарные мощности ветроэлектростанций США составляли 25170 МВт.

История использования энергии ветра

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 XIII веке принесены в Европу крестоносцами.

В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. В Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве.

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в XIX веке в Дании. Там в 1890 г. была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908  г. насчитывалось уже 72 ветроэлектростанции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырёхлопастные роторы диаметром 23 м.

В период с 1940-х по 1970-е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги. Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для экологически чистой энергии.

Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра

Современные ветрогенераторы работают при скоростях ветра 3–25 м/с.

Мощность ветрогенератора зависит от площади, заметаемой лопастями генератора. Например, турбины мощностью 3 МВт производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные.

Экономические аспекты ветроэнергетики

Экономия топлива

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

Снижение себестоимости электроэнергии

Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра и составляет по американским данным $0.026–0.048/кВт*ч. При удвоении установленных мощностей ветрогенерации себестоимость производимого электричества падает на 15%.

Снижение выбросов в атмосферу

Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота. По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн.

Перспективы развития малой ветроэнергетики на примере США

По данным AWEA в 2004 году в США было установлено около 30 МВт малых ветрогенераторов. В 2006 году было продано 6807 малых ветрогенераторов. Их суммарная мощность 17543 кВт, а стоимость $56,082,850, что составляет примерно $3200 за кВт мощности.

В 2006 году 51% малых ветрогенераторов было установлено в сельских домах, 19% на сельскохозяйственных фермах, 10% на предприятиях малого бизнеса, 10% в школах и общественных зданиях.

Наиболее перспективными регионами для развития малой ветроэнергетики считаются регионы со стоимостью электроэнергии более $0,1 за кВт·ч. Себестоимость электроэнергии, производимой малыми ветрогенераторами в 2006 г. в США составляла $0,10–$0,11 за кВт·ч. AWEA ожидает, что в ближайшие 5 лет себестоимость снизится до $0,07 за кВт·ч.

AWEA прогнозирует, что к 2026 году суммарная мощность малой ветроэнергетики США вырастет до 50 тыс. МВт, что составит около 3% от суммарных мощностей страны. Ветрогенераторы будут установлены в 15 млн. домов и в 1 млн. предприятий малого бизнеса. В индустрии малой ветроэнергетики будут заняты 10 тыс. человек. Они ежегодно будут производить продукции и услуг на сумму более чем $1 млрд.

Недостатки энергии ветра

У ветровой энергии есть несколько существенных недостатков, которые затрудняют её использование, но отнюдь не умаляют ее главного преимущества — экологической чистоты:

• энергия ветра сильно рассеяна в пространстве, поэтому необходимы ветроэнергоустановки, способные постоянно работать с высоким КПД;
• ветер очень непредсказуем — часто меняет направление и скорость;
• ветроэнергостанции мешают полётам птиц и насекомых, являются источниками шума и радиопомех.

В настоящее время все вышеперечисленные недостатки можно значительно уменьшить, а то и вовсе свести на нет.

Экологические аспекты ветроэнергетики

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 старых 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.

Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью.

Радиопомехи

Металлические сооружения ветроустановки, особенно элементы в лопастях, могут вызвать значительные помехи в приёме радиосигнала. Чем крупнее ветроустановка, тем большие помехи она может создавать.

Птицы

Трамп раскритиковал ветряки и солнечные панели. «Когда вы устанавливаете ветряную турбину — это обходится стране в миллионы долларов в год, чтобы эта ужасная штука крутилась. Это ужасно. Это вредно для окружающей среды, убивает птиц и, кроме того, стоит целое состояние. Вы когда-либо видели, что происходит с птицей? Когда птицы садятся, они обжариваются, потому что там жарко», — сообщил президент США журналистам.

В реальности же всё обстоит совершенно иначе.

Европейские орнитологи провели масштабное исследование по поводу возможного ущерба для птищ от ветрогенераторов. Его результаты опубликованы.

Оказалось, за 2 года исследований на ветростанции из 100 ветрогенераторов пострадали только 6 птиц. Ну и для сравнения, только в США птицы в 2,5 раза чаще страдают от окон многоэтажек, чем от ветряков.

Заключение

Обжитая часть России бедна ветровыми ресурсами. Для большинства промышленных районов характерна скорость ветра в 4–5 м/с. Малая скорость ветра означает и малую мощность ветрового потока. Кроме того, значительно число безветреных дней. Отсюда следует, что в большинстве регионов ветроустановки будут работать лишь треть или половину времени.

Хороший ветровой потенциал имеют: Приморский край (район Владивостока); участки побережья в Ленинградской области вокруг Финского залива и Ладожского озера; морское побережье Ростовской области и Краснодарского края.