Ветровые электростанции

Уже в 1890 г. в Дании первыми начали получать электроэнергию от ветроэнергетических установок. В 30-х г.г. ХХ века огромное количество многолопастных ветроустановок качало воду на всей территории США. В 1931 г. основоположник советской ветроэнергетики Ю. В. Кондратюк разработал и начал строительство вблизи Ялты ВЭС мощностью 100 кВт.

В 1988 году в США работало 150 тыс.  ВЭС, во Франции – 50 тыс. В последнее время много ВЭС строится в Китае, Индии, Италии, Великобритании, Португалии, Канаде и других странах. Европейским лидером Германией к 2009 г. было построено 11 500 ВЭС общей мощностью 25 777 МВт, что составляет 6,2 % от общей используемой ею энергии. К 2050 г. предполагает довести выработку ветровой энергии до 50 %. Однако вне конкуренции в настоящее время остаётся ветровая энергетика Испании, где более 40 % всех потребностей обеспечивают ВЭС, и Дании – около 20 %.

Новые ВЭС вырабатывают электроэнергию по цене ниже 5 центов за один кВт × ч, что сопоставимо с ценой 1 кВт × ч от угольных ТЭС. Суммарная мощность ВЭС во всем мире к 2009 г. достигла 120 ГВт или 1,3 % от всей произведённой электроэнергии.

Потенциал получения энергии от ветра велик. По прогнозам технически возможно освоить 40 млрд. кВт, что более чем в 10 раз превышает гидроэнергетический потенциал планеты. По сравнению с другими странами в России потенциап ветровой энергии огромный – около 80 трлн. кВт*ч/год.

В России для отдалённых посёлков, навигационных, метеорологических, радиорелейных и других станций СКБ «АТИК» проектирует ветроустановки различной мощности, схема одной представлена на рис. 5.2. Ветроустановки СКБ «АТИК» высоко оценили и используют в европейских странах, Мексике, США, ЮАР.

ВЭС мощностью 10 МВт возводятся обычно за несколько месяцев (ГЭС и АЭС строятся более 8…10 лет). Они располагаются вблизи потребителя электроэнергии, т.е. отпадает надобность в больших ЛЭП, где потери при транспортировании энергии достигают 15 %. ВЭС занимают и существенно меньшие площади, чем ГЭС аналогичной мощности. Причём эти площади практически не исчезают из дальнейшего сельскохозяйственного оборота. Они обладают меньшей металлоёмкостью, чем ТЭС, сопоставимы с ней по капитальным вложениям, но на порядок меньше, чем в АЭС.

Рис. 5.2. Схема ветроустановки:

1- ветроагрегат; 2 – блок электропитания; 3 – выпрямительно-коммутационная установка; 4 –разборная вышка; 5 – фундаментные узлы; 6 – растяжки; 7 – солнечная батарея; 8 – аккумуляторные батареи; 9 – теплоэлектронагреватель; 10 – инвертор.

В США построены гигантские ВЭС на 2,5 МВт при скорости ветра 44 км/ч (Фирма «Boeing Engineering» – модель МОD-2). Они имеют башню высотой 61 м , диаметр колеса лопастей – 92 м, массой 80 т. Обычно ряд ВЭС мощностью 50…200 кВт объединяют в “парки” (Германия) или “ветровые фермы” (США). Ветряки меньшей мощности делают трехлопастными, большей мощности – двухлопастными. Наиболее эффективно работают ВЭС при скоростях ветра 4,5…16 м/с  в местностях богатых ветроэнергетическими ресурсами.

Наиболее распространены ВЭС с мощностью до 15 кВт. Например, отечественная установка «Сокол» с диаметром колеса 12 м и мощностью 15,2 кВт. Электростанция на базе ВЭС «Сокол» с суммарной мощностью один  МВт занимает площадь около 2 га.

Сооружаются ВЭС преимущественно постоянного тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину – генератор электрического тока, который заряжает аккумуляторы. Аккумулируется энергия ВЭС либо с помощью электрических аккумуляторов для небольших ВЭС, либо с помощью пневмоаккумуляторов – труб Æ 1,4´100 м, в которых от компрессора можно накопить при давлении в 100 атм. более 400 кВт энергии. Энергию далее можно использовать в ГТУ и достичь КПД до 80 %.

Другой путь преобразования энергии – через электролизёр от генератора постоянного тока получать водород и кислород. Далее водород можно направлять на гидрогенизацию древесных отходов, соломы и другой биомассы для получения искусственного жидкого топлива, что решает проблему хранения и транспортировки водорода.

Недостатки ВЭС:

 1) Высокий уровень шума. Так, в 1988 г. была демонтирована гигантская ВЭС "«РОВИАН» (ФРГ, Североморское побережье), конструкция которой оказалась настолько шумной, что жители близлежащих домов обзаводились звукоизолирующими окнами. В СКБ «АТИК» РФ разработана малая ветроустановка ВЭУ–2000, не имеющая аналогов за рубежом, массой 42 кг и мощностью 2 кВт, которая может вырабатывать энергию при скорости ветра 3 м/с. Она может быть установлена на крыше дома, практически не создаёт шума и потребитель получает не менее 2100 кВт·ч/год.

 2) ВЭС требуют немалых земельных площадей и материалов для конструкции, необходимы аккумуляторы для накопления энергии. В последнее время эта проблема решается внедрением ветровых установок облегчённой конструкции с полимерными лопастями. Строительство ведётся непосредственно вблизи мест потребления, в частности на береговом шельфе.

 3) Создают помехи теле - и радиовещанию, навигационному обору-дованию, так как скорость вращения крупных ветродвигателей составляет                    30 об./с, что близко к частоте  синхронизации телевидения. Для снижения  помех ветроустановки устанавливают на расстоянии не ближе 1,6 км. Помехи также уменьшаются при использовании стекловолоконных лопастей.