23 сентября 2019, понедельник, 01:31
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Поймавшие ветер

Ветряные турбины
Ветряные турбины

Человек, который почувствовал ветер перемен,
должен строить не щит от ветра, а ветряную мельницу.

Мао Цзэдун

В романе Герберта Уэллса «Когда Спящий проснется» герой просыпается в 2100 году, в мире, основой энергетики которого стало использование ветра: «Гигантский человеческий улей, на который работает без устали ветер и символом, гербом которого является ветряной двигатель».

До даты, намеченной Уэллсом еще далеко, но, тем не менее, шаги в указанном им направлении уже делаются. Мировая ветроэнергетика, ранее бывшая маргинальным сектором в выработке энергии, начала развиваться с нефтяного кризиса 1973 года и с тех пор уже не сбавляла темпов. Один из европейских лидеров – Дания – с 2011 года получает более четверти электроэнергии от ветроэлектрических установок, а  2030 году планирует довести этот показатель до 50%. Во всем мире в 2010 году производство электроэнергии с помощью ветра достигло более 2,5% от общего потребления электроэнергии и растет на более чем 25% в год. Планируется, что в странах Европейского сообщества доля ветроэнергетики к 2020 году достигнет 13%. Вместе со странами Европы активно стремятся максимально овладеть энергией ветра США, Канада, Китай и Индия. Всего же ветряная энергетика существует в 83 странах.

По закону Беца коэффициент полезного действия ветряного двигателя равен  59,3 %  от кинетической энергии ветра.

Рынок ветроэлектрических установок (ВЭУ) растет более чем на 20 % в год. Ведущие производители ВЭУ: GE Energy (США), Vestas (Дания), Siemens Wind Power (Германия – Дания), Enercon (Германия), Suzlon Group (Индия), Gamesa (Испания), Goldwind (Китай), China Guodian Corporation (Китай), Sinovel (Китай), Ming Yang (Китай). Совместно эти компании контролируют более 75% рынка. Ими в основном производятся установки единичной мощностью от 600 до 1000 кВт и более. Однако много малых фирм в Германии, Бельгии, Голландии и Дании производят ВЭУ малой и средней мощности.

Теоретический фундамент ветроэнергетики был создан еще в начале XX века. Тогда почти одновременно трое ученых: англичанин Фредерик Ланчестер, немец Альберт Бец и русский Николай Жуковский – вычислили максимальный теоретический коэффициент полезного действия ветряного двигателя, который оказался равен  59,3 %  от кинетической энергии ветра. Первым этот результат опубликовал Ланчестер, однако в силу исторических причин этот закон получил имя Беца. Современные ветряные двигатели не достигают предела, положенного законом Беца, но уже преодолели отметку в 40% КПД.

Ветроэнергетические установки используют возобновляемый источник энергии, не выделяют парниковые газы и не оставляют после себя радиоактивные отходы.

Всемирная метеорологическая организация оценивает потенциальные ресурсы энергии ветра в 170 триллионов киловатт-часов в год. Ветроэнергетические установки используют возобновляемый источник энергии, не выделяют парниковые газы и не оставляют после себя радиоактивные отходы.

Однако, желая использовать энергию ветра, человечества должно преодолеть и ряд специфических для этого источника проблем. Ветры – явление довольно постоянное, если оценивать их в большом временном масштабе, от года и дольше. Но на более кратких отрезках времени на ветер полагаться нельзя. Ветер может менять направление, иногда на несколько дней воцаряется полный штиль, зато в другой раз ветер станет настолько сильным, что сломает лопасти генератора. Так как мощность потока ветра  пропорциональна кубу его скорости, даже относительно небольшие изменения скорости ветра приводят к значительным колебаниям мощности установки. Осложнения в работу генератора вносят дождь и снег. Ветроэнергетические установки могут создавать излишний шум и помехи в распространении радиоволн.

Решать эти проблемы можно, совершенствуя методы управления энергетическими установками, чтобы перераспределять энергию с тех ветряных станций, где в данный момент она вырабатывается с избытком, в те места, где сейчас ветер утих. На ветряных электростанциях используют разнообразные аккумуляторы. Помимо электрических это могут быть воздушные аккумуляторы, где ветер нагнетает воздух в баллоны, а потом, когда наступает штиль, этот воздух выходит из баллонов и вращает лопасти генератора. Есть и водяные аккумуляторы, в которых силой ветра в высокий резервуар закачивается вода, которая потом сможет вращать турбину. Есть даже химические аккумуляторы, в них энергия ветра разлагает путем электролиза воду на водород и кислород, которые потом можно использовать в газовой турбине. Все эти методы направлены на обеспечение равномерной работы электростанции, не зависящей от капризов ветра.

В наши дни ветроэнергетика действует в самых разных масштабах: от небольших ветряков, которые обеспечивают электричеством удаленную ферму где-нибудь в австралийских степях, до крупных шельфовых электростанций, расположенных в океане в нескольких десятках километров от берега, мощность которых достигает сотен мегаватт.

Интересно, что в свое время СССР был мировым лидером в области ветроэнергетики. В 1931 году была в Балаклаве создана ветроэнергетическая установка мощностью 100 кВт, что составляло в то время мировой рекорд. В 1950-х годах в СССР выпускалось до девяти тысяч ветроэнергоустановок в год, мощность таких установок могла достигать 30 кВт. Во время целины в Казахстане построили первую в мире многоагрегатную ветроэлектростанцию, где ветряные установки были совмещены с дизельными. Их общая мощность достигла 400 кВт. К сожалению, вскоре ветроэлектроэнергия не выдержала конкуренции с более дешевой энергией ТЭС, ГЭС и АЭС, и производство генераторов было свернуто. В настоящее время установленная мощность ветроэлектростанций в России составляет около 13 МВт. Крупнейшие ветроэлектростанции России – это Зеленоградская (5,1 МВт), Анадырская (2,5 МВт) и электростанция Тюпкильды в Башкирии (2,2 МВт). Особо перспективными для ветряной энергетики в нашей стране кажутся, однако, не крупные станции, а установки, снабжающие энергией  районы, удаленные от источников централизованного энергоснабжения, а также мелких потребителей энергии.

В России разработки в области ветроэнергетики ведут резиденты фонда «Сколково»:  иркутская компания «Аэрогрин» и питерская «Оптифлейм солюшенз».

В составе кластера энергоэффективных технологий фонда «Сколково» разработки в области ветроэнергетики ведет иркутская компания «Аэрогрин». Разработанная ею ветряная турбина не зависит от направления ветра, может работать в дождь и снег и выдерживать ураганные ветры со скоростью до 30 метров в секунду. Более того, корпус турбины снабжен солнечными батареями, которые позволяют вырабатывать энергию даже в безветренную погоду. По оценке разработчика себестоимость 1 кВт-ч электроэнергии, полученного на этой установке, составляет три рубля, тогда как на трехлопастных ветряках, часто используемых в ветряной энергетике, она доходит до шести рублей.

Другая компания  «Оптифлейм солюшенз» работает в Санкт-Петербурге. Она также разрабатывает турбинные ВЭУ, которые отличаются пониженным шумом в работе и безопасностью для людей и птиц, так что их можно устанавливать даже на крышах городских домов. В 2012 году «Оптифлейм солюшенз» стала первой российской компанией, получившей статус резидента Университетского исследовательского центра (University City Science Center) в Филадельфии.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология клонирование комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: [email protected]
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.