Ветроэнергетика

Содержание

История использования энергии ветра

"Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI в. единственно известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной только крышу, и для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле" (К.Маркс. "Машины: применение природных сил и науки").

Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых.

В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. Толедо - 1526 г., Глочестер - 1542 г., Лондон - 1582 г., Париж - 1608 г., и др. В Нидерландах большое количество ветряных мельниц откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.

Первая в мире ветроэлектростанция мощностью 100 кВт. была построена в 1932 году в Крыму.

Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра

Мощность ветрогенератора зависит от площади, заметаемой лопастями генератора. Например, турбины мощностью 3 МВт производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высота башни 70 метров, диаметр лопастей 90 метров. Самые большие в мире ветрогенераторы выпускает немецкая компания REpower ( REpower Systems(нем.)). Диаметр ротора этой турбины 126 метров. Мощность таких установок доходит до 6 МВт, вес гондолы - 200 тонн, высота башни - 120 м.

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где еще встречаются и двухлопастные. Были попытки построить ветрогенераторы так называемой ортогональной конструкции, т.е. с вертикальным расположением оси вращения. Считается, что они имеют преимущество в виде очень малой скорости ветра, необходимой для начала работы ветрогенератора. Главная проблема таких генераторов - механизм торможения. В силу этой и некоторых других технических проблем ортогональные ветроагрегаты не получили практического распространения в ветроэнергетике.

Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10-12 км. от берега (а иногда и дальше) строятся офшорные фермы. Башни ветрогенераторов устанавливают фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Также могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания.

Распространение ветроэнергетики

Во всём мире установленные мощности ветрогенерации утроились за пять лет с 13 500 МВт. в 1999 до 47 000 МВт в 2004 году. В 2005 году мощности ветряной энергетики выросли до 59 322 МВт. Большая часть установленных мощностей сконцентрирована в Европе.


Ветряные мощности в 2005 году:

Страна Суммарные установленные мощности, МВт.
Германия 18428
Испания 10027
США 9149
Индия 4430
Дания 3122
Китай 1260
Нидерланды 1290
Португалия 1000
Австрия 760
Австралия 708
Канада 683
Египет 230

Ввод новых мощностей в 2005 году

Страна Ввод новых мощностей, МВт.
США 2431
Германия 1808
Испания 1764
Индия 1430
Португалия 500
Китай 498
Австралия 328
Канада 239


В Европе сконцентрировано 69% мировых мощностей. Италия, Великобритания и Япония имеют примерно по 1000 МВт. установленных мощностей.

Около 20% электричества Дании вырабатывается из ветра. Индия в 2005 году получает из энергии ветра около 3% всей электроэнергии. Страны Евросоюза в 2005 году вырабатывают из энергии ветра около 3% потребляемой электроэнергии.

Крупнейшая электростанция УкраиныНовоазовская ВЭС проектной мощности 50 МВт.

Ветроэнергетика в России

Технический потенциал ветровой энергии России оценивается свыше 50 000 миллиардов кВтч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВтч/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России. Одна из самых больших ветроэлектростанций России (5,1 мВт.) расположена в районе поселка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Также крупные ветроэлектростанции расположены у деревни Тюпкильды Туймазинского района респ. Башкортостан (2,2 мВт).

Исполняется “Программа развития ветроэнергетики РАО “ЕЭС России”. На первом этапе (2003-2005 г.) начаты работы по созданию многофункциональных энергетических комплексов (МЭК) на базе ветрогенераторов и двигателей внутреннего сгорания. На втором этапе будет создан опытный образец МЭТ в посёлке Тикси - ветрогенераторы мощностью 3 МВт. и двигатели внутреннего сгорания.

Началось строительство “Морского ветропарка” в Калининградской области мощностью 50 МВт.

Перспективы

Правительством Канады установлена цель к 2015 году производить 10% электроэнергии из энергии ветра.

Европейским Союзом установлена цель: к 2010 году установить 40 000 МВт. ветрогенераторов.

В Испании к 2011 году будет установлено 20 000 МВт. ветрогенераторов.

Китай установит к 2020 году 20 000 МВт. ветрогенераторов.

Индия к 2012 году увеличит свои ветряные мощности в 4 раза в сравнении с 2005 годом. К 2012 году будет построено 12 000 МВт. новых ветряных электростанций.

Новая Зеландия - производить из энергии ветра 20% электроэнергии.

Египет - к 2010 году установить 850 МВт. новых ветрогенераторов.

Международное Энергетическое Агентство International Energy Agency (IEA) прогнозирует, что к 2030 году спрос на ветрогенерацию составит 4 800 ГигаВатт.

Экономические аспекты ветроэнергетики

Себестоимость электроэнергии

Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра.

Скорость ветра - Себестоимость (для США, 2004 год)

7,16 м/с - 4,8 цента/КВт.ч.

8,08 м/с - 3,6 цента/КВт.ч.

9,32 м/с - 2,6 цента/КВт.ч.


Для сравнения: себестоимость электричества, производимого на угольных электростанциях США 4,5-6 цента/кВт.ч. Средняя стоимость электричества в Китае 4 цента/кВт.ч.

При удвоении установленных мощностей ветрогенерации себестоимость производимого электричества падает на 15%. Ожидается, что себестоимость еще снизится на 35-40% к концу 2006г. В начале 80-х годов стоимость ветряного электричества в США составляла $0,38.

В марте 2006 года Earth Policy Institute (США) сообщил о том, что в двух районах США стоимость ветряной электроэнергии стала дешевле стоимости традиционной энергии. Осенью 2005 года из-за роста цен на природный газ и уголь стоимость ветряного электричества стала дешевле электроэнергии, произведенной из традиционных источников. Компании Austin Energy из Техаса и Xcel Energy из Колорадо первыми начали продавать электроэнергию, производимую из ветра, дешевле, чем электроэнергию, производимую из традиционных источников.

Другие экономические проблемы

Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра, фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогененератора в энергосистему отличаяется большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезе. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности энергонагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует ее дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию. Энергосистемы с большой неохотой подключают ветрогенераторы к энергосетям, что привело к появлению законодательных актов, обязующих их это делать.

Небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередач и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими.

Крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти, ротора и т.п.) на высоте более 100 м является сложным и дорогостоящим мероприятием.

Экологические аспекты ветроэнергетики

Шум

Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:

  • механический шум (шум от работы механических и электрических компонентов)
  • аэродинамический шум (шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки)


Источник шума Уровень шума, дБ.
Болевой порог человеческого слуха 140
Шум турбин реактивного двигателя на удалении 250 м. 105
Шум от отбойного молотка в 7 м. 95
Шум от грузовика при скорости движения 48 км/ч на удалении от него в 100 м. 65
Шумовой фон в офисе 60
Шум от легковой автомашины при скорости 64 км/ч 55
Шум от ветрогенератора в 350 м. 35-45
Шумовой фон ночью в деревне 20-40

В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ. 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. Минимальное расстояние от установки до жилых домов - 300 м.

Также помимо шума, воспринимаемого человеческим ухом, вокруг ВЭС возникает опасный инфразвук частотой 6-7 Гц, вызывающий вибрацию.

Визуальное воздействие

Визуальное воздействие ветрогенераторов - субъективный фактор. Для улучшения эстетического вида ветряных установок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные архитекторы привлекаются для визуального обоснования новых проектов.

В обзоре, выполненном датской фирмой AKF, стоимость воздействия шума и визуального восприятия от ветрогенераторов оценена менее 0.0012 евро на 1 кВт ч. Обзор базировался на интервью, взятых у 342 человек, живущих поблизости от ветряных ферм. Жителей спрашивали, сколько они заплатили бы за то, чтобы избавиться от соседства с ветрогенераторами.

Использование земли

Турбины занимают только 1% от всей территории ветряной фермы. На 99% площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью, что и происходит в таких густонаселенных странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землей, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход. В США стоимость аренды земли под одной турбиной составляет $3000-$5000 в год.

Таблица: Удельная потребность в площади земельного участка для производства 1 ГВт•ч электроэнергии

Источник энергии Удельный показатель площади земельного участка, требующейся для производства 1 ГВт•ч за 30 лет (м2)
Геотермальный источник 404
Ветер 800-1335
Фотоэлектрический элемент 3237
Солнечный нагревательный элемент 3561
Уголь 3642

Вред, наносимый животным и птицам

Причины гибели птиц (из расчета на 10 000) штук
Дома/ окна 5500
Кошки 1000
Другие причины 1000
ЛЭП 800
Механизмы 700
Пестициды 700
Телебашни 250
Ветряные турбины Менее 1

Помехи телесигналам

Металлические сооружения ветроустановки, особенно элементы в лопастях, могут вызвать значительные помехи в приеме телесигнала. Чем крупнее ветроустановка, тем большие помехи она может создавать. В ряде случаев для решения проблемы приходится устанавливать дополнительные ретрансляторы.

Ссылки

World Wind Energy Association WWEA

один из старейших производитель ветрогенераторов Vestas

Siemens Wind Power

GE

германский производитель REpower

Европейская ассоциация ветроэнергетики

Новости

Большая статья о ветроэнергетике в журнале "Наука и Жизнь"

 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home