Ветроэнергетика. Получение электрической энергии от возобновляемого и постоянного ресурса на нашей планете – ветра является одним из ключевых направлений развития альтернативных видов энергетики во всем мире. Уже сегодня технология, которая, по правде сказать, еще не отличается высоким КПД и относительной доступностью по стоимости монтажа и обслуживания, все же постепенно завоевывает своих постоянных поклонников даже в высших управленческих структурах. Пока это лишь отдельные страны и политики, но в скором будущем все может измениться. Быть в этом уверенным можно хотя бы потому, что ветроэнергетикой заинтересовались даже такие мощные в мировом выражении экономики, как индийская, бразильская, китайская, японская и некоторые другие. Но более всего этот вид энергии привлекает Европы, являясь наиболее безопасным из известных как для экологии, так и для человека, живой природы в целом. Так, в Дании на энергию, добытую от движения воздушных масс, приходится до 42% всех электрических мощностей страны. В королевстве есть муниципалитет, которые с запасом закрывает все потребности своего населения и даже производственных мощностей в электричестве и тепле только за счет ветрогенераторов. В числе ежегодных лидеров по доле ветряной энергетики в общей системе электрификации неизменно держатся ведущие экономики мира: Китай, США, Германия, Франция.
Ветроэнергетика имеет свою историю
Можно говорить о том, что энергия ветра использовалась человеком уже на протяжении тысячелетий. Только дошедшие до нас сведения говорят о том, что ветряные мельницы уже активно применялись на территории Персидского государства задолго до 200 года до н.э. Хотя, судя по относительно высокой распространенности этих устройств в те времена, можно смело предположить, что технология на тот момент являлась уже хорошо изученной и проверенной: возможно, на протяжении целых веков. Значит, есть все основания говорить о том, что она применялась гораздо раньше, а человек понял, какие исполинские силы заключены в силе ветра на самое заре возникновения цивилизации.
В первое время, безусловно, ни о какой добыче электроэнергии не могло быть и речи. Первые устройства, использующие энергию ветра, применялись только для приведения в движение некоторых тяжелых механизмов: ворот, мостов и т.д. Но самое основное предназначение – обустройство вращающихся механизмов мельниц того времени. Ветер, прокручивая лопасти мельницы, передавал энергию на жернова, которые в свою очередь перемалывали зерно. Существовали не только ветряные мельницы, но, например, и водяные. В таком случае колесо вращалось благодаря течению воды. Понятно, что в этом случае получалось производить больше муки, а значит обеспечивать себя большим количеством еды в будущем. И все это не прибегая к необходимости тяжелого труда человека или животных, а только при помощи силы природы.
Эра электричества ознаменована в том числе применением очень изученной технологии передачи энергии ветра на специальную турбину. Первая задокументированная ветряная электростанция была сделана инженером Блиттом в 1887 году в Великобритании.
Тогда мастер построил ветряк с диаметром турбины и лопастей около 9 метров. Он предлагал полностью бесплатно питать электричеством главную улицу Лондона. Но народ отказался от затеи. Тогда было активно распространено мнение, что электричество – «работа дьявола».
В принципе, не только из-за этого, но также из-за несовершенства технологии добыча электроэнергии от работы ветряков слабо развивалась аж до 50-х годов двадцатого века. Конечно, ветряки использовались, где-то сильнее, где-то меньше, но в основном никак не совершенствовались и не улучшались, и уж тем более не служили сколь-нибудь перспективным направлением в энергетике. Что и говорить, если они и сейчас не превзойдут по мощности производства электричества, например, угольные или атомные станции.
Большим толчком к развитию этого альтернативного способа добывания электроэнергии стал нефтяной кризис 70-х годов 20 века. Тогда многие частные домохозяйства и даже отдельные страны обратили внимание на довольно простой и дешевый способ преобразования энергии ветра в электричество или тепло. Тогда технология стала активно развиваться, начался поиск инвесторов, ученые активно придумывали, как поднять производство электричества при минимальных затратах. Уже тогда человек стал активно следить за движениями ветра, придумывать способы «выжать» максимум пользы из того, чем одарила его природа.
На территории России и Советского союза ветряные электростанции появлялись точечно, но самая известная и одна из первых была возведена в Крыму, в Ялте. Это случилось в 1930-е годы, а построенный ветряк выдавал максимальную мощность до 100 кВт/ч. Его использовали скорее в качестве эксперимента преимущественно для нужд сельского хозяйства.
Одним из первых документированных случаев стимулирования развития ветроэнергетики можно назвать программу поддержки альтернативных методов энергии в 1970-х годах, стартовавшую в Калифорнии, США. Там ветряные электростанции тоже на тот момент в качестве эксперимента, но стали активно вводиться в городскую систему электрификации наравне с испытываемыми солнечными электростанциями.
Ветроэнергетика и современное положение вещей
Ветроэнергетику в наши дни можно назвать одной из доминирующих методик получения дешевой альтернативной энергии. В первую очередь – электричества. Излишек в некоторых случаях направляется даже на преобразование энергии ветра в тепло (например, это было зафиксировано в одном из муниципалитетов Дании, где добываемого от ветра электричества было больше, чем требовалось для электрификации населения). Однако в львиной доле ситуаций электричества, производимого от энергии ветра едва хватает на удовлетворение всех потребностей современного человека. Компьютеризация, огромное количество электрических гаджетов – обеспечить все эти устройства энергией вдоволь только ветряками, является задачей на данный момент трудно решаемой. Плюс не забываем, что грядет эра если не полностью электромобилей, то гибридных транспортных средств точно. В этом случае планета станет потреблять электричества в разы больше, чем сейчас.
С другой стороны, сегодня сделано множество теоретических и практических выводов о поведении ветра, о его основных направлениях, сезонных особенностях и т.д. Все это позволяет производить более качественные турбины, более эффективно их устанавливать по месту (есть даже передвижные плавучие станции), получать максимум возможной энергии буквально из воздуха. Самые производительные современные ветрогенераторы способны выдавать до 3 МВт электрической энергии. Этого может быть достаточно, скажем, для питания на постоянной основе целого жилого квартала довольно крупного размера.
Но даже эти цифры не выглядят очень надежными и эффективными. Например, ветроэнергетика может быть адаптирована совсем не для любой местности на планете. В России этот вид получения электричества актуален далеко не для всех территорий, так как в среднем по стране среднегодовые показатели скорости ветра держатся на уровне 5 м/с. В то время как все существующие ветрогенераторы более-менее эффективны при минимальной пороговой скорости ветра в пределах 3-6 м/с.
Кстати, по этой причине многие проекты комплексов ветрогенераторов предполагают установку оборудования вдали от береговой линии. Например, Дания в это смысле особенно преуспела. Уже сейчас в стране реализовано множество проектов удаленного расположения ветрогенераторов. Плюсов у этой стратегии множество. Во-первых, инженеры и ученые рассчитали идеально местоположение ветряков: они фактически работают в течение всего года с минимальной или максимальной, но все же постоянной выработкой энергии. Во-вторых, жителям этой маленькой страны не мешает шум работающих ветрогенераторов, а это одна из самых больших проблем этого оборудования (речь идет о крупных установках до 120 метров в высоту). В-третьих, вдали от береговой линии наблюдаются самые сильные ветра, что гарантирует максимально возможное извлечение полезной энергии из этого природного явления.
Как результат, Дания предполагала обеспечивать до 50% своих нужд по электричеству только за счет ветроэнергетики уже к 2020 году. Правда, на данный момент эти цифры составляет около 42%, но все же видно, что это уже очень существенная составляющая всей электрической отрасли страны.
В будущем такие проекты только будут развиваться, это факт. Сегодня Дания, Голландия совместно с Германией предполагают построить даже искусственный остров в Северном море. И хотя проект все еще выглядит довольно футуристичным, та же Саудовская Аравия или Китай уже имеют примеры удавшихся проектов по созданию насыпных островов. В случае с Европой предполагается создать остров по расчетным данным от 6 км2. На всей его площади разместят преимущественно более 1000 ветряных ферм, а также аэропорт и морской порт. Разумеется, место тоже выбрано не случайно. Ученые все рассчитали и пришли к выводу, что низкий уровень моря, а также наличие постоянных ветров – буквально идеальное место для создания крупнейшей на планете фермы для производства энергии из ветра.
Только по предварительным расчетам, остров должен вырабатывать до 30 ГВт электроэнергии в год. А в перспективе обсуждается цифра до 100 ГВт дешевой и постоянной электроэнергии. Этого должно хватить, чтобы обеспечить одни таким островом все потребности примерно 80 миллионов жителей стран Европы, что на сегодняшний день равняется примерно 15-20% всего населения региона.
Преимущества и недостатки ветроэнергетики
Среди главных преимуществ ветроэнергетики называется:
- экологическая безопасность;
- безопасность для живой природы: человека и животных, птиц;
- относительная малошумность работы (актуально для современных ветряков);
- небольшая занимаемая площадь каждым ветряком.
А вот недостатки, которые не позволяют пока сделать ветровую энергию основной в энергетике всех стран:
- довольно низкий общий КПД работы ветряка (при нынешнем энергопотреблении особенно актуально);
- сильная зависимость от внешних данных (скорость и направление ветра);
- неточная прогнозируемость работы оборудования;
- пока высокие затраты на организацию серьезных ветряных электростанций.
Ветроэнергетика и статистика – как сейчас и дальнейшие перспективы
Безусловно, от ветроэнергетики человек отказываться не будет. Если с другим крайне популярным методом, а именно добычей электричества из энергии солнца, могут быть очевидные проблемы (солнце светит только часть суток, панели нужно протирать, плюс крупные станции создают чудовищно сильный тепловой эффект поблизости), то с ветром все проще. Ветер дует практически всегда. Есть места на планете, где полный штиль случается от силы пару дней в году.
Другой момент, тормозящий быстрое развитие – дороговизна большинства проектов и не самый впечатляющий КПД отдельных ветряков. В целом, с этим постепенно тоже удается справиться. Вот пример: первые ветряки вырабатывали от силы до 100 кВт электричества. Сегодня самые крупные станции могут давать до 2,3-3 ГВт электричества. Да, это характерно только для крупных ветряков, которые достигают 120 метров в высоту. Однако цифры их мощностей выросли в десятки раз и это всего-то за 50-70 лет, что определенно обнадеживает. Значит, ветроэнергетика будет в будущем доминирующим методом получения энергии – очень вероятно, что это изречение отнюдь не поспешное.
За 2019 год ветряки уже обеспечивали до 15% от всей энергетической системы Евросоюза. Очевидно, что эти цифры только растут. Особый взгляд на этот вид альтернативной энергетики положила и крупнейшая промышленность планеты – китайская. Планировалось, что к 2020 году КНР превысит 30 ГВт выработанной электроэнергии от ветряков. Однако эти цифры страна достигла и легко преодолела уже в 2010 году.
