В последние десятилетия человечество начало осознавать всю ответственность бездумного использования природных ресурсов нашей планеты и невозможность восстановления отдельных ископаемых. Первая задача, которая впоследствии стала ключевой, заключалась в том, чем заменить невосстанавливаемые источники энергии на альтернативные источники энергии…
Так, появилось понятие «зелёная», регенеративная или альтернативная энергия. И ветер — один из ее ключевых элементов.
В наше время энергия ветра все больше используется для получения электроэнергии.
А отрасль энергетики, что занимается преобразованием ветра в источник питания всего, что в нем нуждается называется ветроэнергетика. И сейчас она активно и стабильно развивается.
Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра
Наука, как и сознание не стоят на месте. С каждым годом методы ветроэнергетики совершенствуются, как и растет потребность человечества в альтернативных технологиях. Все больше стран используют ветровые турбины, ветрогенераторы или ветряки для выработки электроэнергии.
Турбины — последнее достижение науки в области добывания энергии ветра. Именно наибольшая ее часть генерируется с их помощью. Визуально они похожи на гигантские пропеллеры вертолета на устойчивой вертикальной основе.
Количество вырабатываемой энергии ветра напрямую зависит от размера самой турбины и ее лопастей.
Принцип работы следующий. Ветер вращает лопасти, которые в свою очередь крутят вал, соединенный с генератором, производящим электричество. Чем сильнее ветер, тем большее количество энергии возникает и, кстати, для ее генерации практически не используют воду, в отличие от других видов энергии.
Новейшие турбины имеют размер рутора (он же вал — место, соприкасаемое с генератором энергии) превышающий 120 м и вырабатывают мощность до 2 мегаватт. Это норма для обеспечения электроэнергией 800 жилых домов.
В мире уже несколько сотен тысяч ветряков, которые снабжают электроэнергией множество домов, кварталов и предприятий. Есть большие и маленькие. Ветряная мельница для электричества нашего времени — это башня из стали высота которой достигает до 130 м. На его вершине расположены генератор, рутор и лопасти.
Например, в Германии построили ветряк 120 м в высоту, он вырабатывает до 5 мегаватт, а его лопасти в длину достигают до 53 м и около 6 м в ширину. Результатом своей деятельности он может полностью обеспечивать до 900 современных домов, то есть небольшие города. А Норвегия запустила строительство еще более мощного ветряка, который, за предыдущими прогнозами, будет обеспечивать до 2000 жилых сооружений.
Кроме суши их еще ставят на воде. Наивысшая ветряная мельница для электричества в мире, которая даже занесена в книгу рекордов, стоит на высоте 4100 м над уровнем моря в провинции Сан-Хуан. Ее установкой руководила компания Barrick Gold, которая занимается добыванием золота.
Но важно знать, что этот вид энергии возможно использовать не во всех регионах планеты Земля. Все зависит от скорости ветра на высоте 20-30 м над поверхностью земли.
Для генерации полезной энергии нужен мощный воздушный поток, который может достигнуть того значения, что требуется для ее преобразования.
Поэтому ветровые электростанции рентабельны именно в тех регионах, где скорость ветра равна до 6,5 м/сек.
Это подходит для местностей, где дорогостоящие, невозможны или невыгодны другие источники энергии и топлива. По самым оптимистическим прогнозам отраслевых ученых, что до 2050 года 1/3 потребностей нашей планеты в электроэнергии будет обеспечиваться с помощью ветра, при современном темпе стабильного развития ветровой энергии.
Преимущества ветроэнергетики
Ветроэнергетику традиционно относят к категории альтернативных источников энергии. Такая энергетика будущего имеет ряд плюсов и минусов. Но сначала о достоинствах.
1. Неисчерпаемый источник
Природная энергия ветра - это неисчерпаемые энергетические ресурсы, а также возобновляемые источники энергии, которые распространены на всей территории земного шара. Ветер возобновляется самой природой.
Если светит солнце, то в атмосфере постоянно происходит движение ветра. Для их получения не нужно строить большие заводы, нанимать людей, пригонять тяжелую технику, чтобы добыть и переработать топливо, которое станет ветряной энергией.
2. Минимальное техобслуживание
Сам ветряной двигатель не нуждается в постоянном техобслуживании, стоит иногда проверять его исправность и периодически проводить ремонт.
Средний срок службы ветрогенератора составляет 20 лет. Это подходящий вариант для изолированных территорий, например, островов, куда невозможно доставить другие источники энергии.
3. Перспективность
В связи с очевидной исчерпаемостью привычных ресурсов Земли для добычи энергии, ветроэнергетика - одна из наиболее перспективных направлений в добыче энергии. Всё большее количество стран разрабатывают и внедряют проекты, где в качестве источника энергии как на промышленных объектах, так и для рядовых потребителей, будет ветер. Одним из таких направлений является применение энергии ветра. Ярким примером разработок, являются проекты плавающих и парящих ветрогенераторов.
Ветрогенераторы на воде могут использовать только страны с выходом к морю. Такие ветрогенераторы устанавливают вдали от берега, на глубине 100 и более метров. КПД таких установок заметно выше, чем у ветряков на берегу. Это обусловлено тем, что над поверхностью моря всегда присутствует ветер, очень редко бывает полный штиль. Впервые такой проект был внедрен в Норвегии в 2007 году.
Парящие ветрогенераторы выглядят как надувная сфера с турбинами по центру. Различные страны также планируют осваивание энергии ветра для частичной замены энергии при добыче полезных ископаемых.
Например, Германия к 2025 году планирует производить до 45% энергии из альтернативных источников. Дания намерена обеспечивать 50% населения электричеством за счёт ветра. В 2019 году в ЕС 15% электричества было выработано за счёт ветроэнергетики, а в 2020 году этот показатель увеличился еще на 7%.
Недостатки ветроэнергетики
Однако не всё так гладко. У ветроэнергетики есть как положительные черты, так и отрицательные.
1. Сегодня есть, а завтра нет ㅤ
Энергия ветра непостоянна, а также очень зависит от изменений в природе. Если скорость ветра низкая — механизм перестает работать, а если слишком большая — его нужно защитить от повреждения, а в некоторых случаях даже лучше отключить, чтобы уберечь. Еще одна проблема — это изменчивость и непредсказуемость скорости ветра и его направление.
Поэтому при установке ветрогенераторов та очень больших территориях нужно решить сразу 2 задачи:
- как сохранить и направить в правильное русло кинетическую энергию ветра на местности большой площади;
- как оптимизировать равномерность ветрового потока.
Параллельно с этим, необходимо научиться сохранить энергию тогда, когда она не используется. Это требует сооружения аккумуляторных батарей. Но насколько эффективным не выглядел бы процесс, энергия, тем не менее, теряется в каждом из этих звеньев.
2. Дороговизна
Первоначальная установка ветрогенератора — затратно. Цена 1 кВт установленной мощности ВЭУ составляет около 1000$. В зависимости от целей установки (промышленное предприятие, населенный пункт или для частного дома), могут потребоваться серьёзные первоначальные инвестиции.
3. Шум и магнитное поле
Ветровые установки могут издавать 2 вида шума:
- механический;
- аэродинамический.
Проблема механического шума для современных установок в целом отсутствует, но очень актуальна для установок старших моделей. Аэродинамический — появляется от контакта ветра с лопастями генератора и достигает до 100 дБ.
В ряде стран Европы есть специальные законы и нормы связанные с ограничением вредности шума от работающего ветрогенератора.
Их установка разрешена на расстоянии не менее 300 м от жилых кварталов.
4. Птичку жалко
Птицы очень часто страдают от столкновения с лопастями ветровых турбин. А также через частоты, что появляются от работы лопастей, поэтому черви глубже уходят под землю, что нарушает пищевую цепочку.
Но летучие мыши страдают ещё больше. В конце каждой лопасти образуется область пониженного давления поэтому летучие мыши, пролетающие мимо, получают баротравму. Много этих рукокрылых зверей умирает от внутреннего кровоизлияния. Экспертами ведутся разработки, чтобы минимизировать потери «живой» природы.
5. Утилизация
Глобальная проблема — это кладбище изношенных лопастей от ветрогенераторов.
Утилизировать правильно и эффективно их пока не научились, только сжигать, а это — выбросы углекислого газа в атмосферу.
Отрицательные стороны ветроэнергетики всё же не перевешивают положительных сторон этого вида энергетики. Все же, это одна из самых перспективных отраслей альтернативных источников энергии, которая будет развиваться и в дальнейшем.
Прогресс в создании более совершенных ветровых установок с повышенной мощностью, а также повышенное внимание именно к данному источнику энергии, говорит о том, что люди стали не только говорить о переходе на природные источники энергии, но и предпринимать для этого конкретные шаги.
Полезные ископаемые недр земли — ресурс вполне исчерпаемый, а особенно с потребностями человека в XXI веке. Поэтому наращивать темпы добычи энергии с помощью ветра, солнца, волн, стоит уже сейчас.
