Энергия ветра использование

Использование энергии ветра

1. Формулировка проблемы по рассматриваемому методу (технологии) повышения энергоэффективности; прогноз перерасхода энергоресурсов, или описание других возможных последствий в масштабах страны при сохранении существующего положения

Ветроэнергетическая установка (ВЭУ), преобразующая кинетическую энергию ветрового потока в электрическую, состоит из ветродвигателя, генератора электрического тока, автоматических устройств управления работой ветродвигателя и генератора, сооружений для их установки и обслуживания. В большинстве случаев ВЭУ используется как источник электроэнергии относительно небольшой мощности в местах, характеризующихся хорошим ветровым режимом (среднегодовая скорость ветра превышает 5 м/сек) и удалённых от сетей централизованного электроснабжения. ВЭУ могут быть объединены в крупные ветро-энергетические станции (ВЭС).

Вопросы ветроэнергетики широко освещаются в литературе, СМИ, на конференциях, конгрессах и т.д. Необходимо отметить высокий уровень развития ветроэнергетических технологий в мире и наличие возможностей быстрого и эффективного их трансфера и использования в Рос­сии. Во многих странах существуют государственные программы развития ветроэнергетики.

2. Краткое описание предлагаемого метода, его новизна и информированность o нём, наличие программ развития; результат при массовом внедрении в масштабах страны

Ежегодная экономия топлива при использовании ВЭУ для обновления электрогенерирующих мощностей России в объеме 3,5% ее суммарных мощностей (около 210 ГВт) может составлять, по оценкам специалистов научно-информационного центра «Атмограф», свыше 25 млн т у.т. с ежегодным экономическим эффектом до 80 млрд руб.

70% территории России, где проживает 10% населения, находятся в зонах децентрализованного энергоснабжения, которые практически совпадают с зонами потенциально реализуемого ветропотенциала (Камчатка, Магаданская область, Чукотка, Сахалин, Якутия, Бурятия, Таймыр и др.). Это делает целесообразным использование ВЭУ для обеспечения электроэнергией автономных потребителей.

В сельской местности электроэнергия, вырабатываемая ВЭУ может использоваться для нагрева воды и отопления помещений. (Для производства тепла ВЭУ зарубежного изготовления не приспособлены, поскольку не предусматривают возможности подключения генератора ветроагрегата к электронагревательным приборам).

Программа развития ветроэнергетики в России — нет информации.

3. Прогноз эффективности метода в перспективе c учётом:
— роста цен на энергоресурсы;
— роста благосостояния населения;
— введением новых экологических требований;
— других факторов.

— экономия углеводородного топлива (см. п. 2);
— обеспечивает выполнение международных обязательств России основных положений Киотского протокола и конвенции ООН по сохранению окружающей среды и климата, а также природоохранных и экологи­ческих нормативов РФ;
— эффективность увеличивается с ростом цен на энергоносители.

4. Перечень групп абонентов и объектов, где возможно применение данной технологии c максимальной эффективностью; необходимость проведения дополнительных исследований для расширения перечня

Для размещения ВЭС требуются суммарные площади 0,7% территории России (для покрытия 10% энергопотребления страны (60-90 ТВт×ч/год) — данные научно-информационного центра «Атмограф»).

Основное направление использования ВЭС — децентрализованное энергоснабжение.

Отдельные ВЭУ могут использоваться в сельской местности для энергоснабжения потребителей.

5. Обозначить причины, по которым предлагаемые энергоэффективные технологии не применяются в массовом масштабе; наметить план действий, для снятия существующих барьеров

Основная причина — высокие капитальные затраты.

Отличительным признаком влияния ВЭС и ВЭУ на окружающую среду является шум, генерируемый ветроколесами ветротурбин. В отличие от паровых и газовых турбин источник звука не может быть локализован. К видам негативного влияния ВЭУ и ВЭС на среду обитания человека, не связанного с акустическим воздействием, относится эрозия почвы, изменение ландшафта, угроза гибели птиц и животных.

Выводы и рекомендации исследований по данным угрозам приобрели форму общепризнанных правил, составляющих основу методических рекомендаций при выборе площадки размещения ВЭУ и ВЭС. Многочисленные исследования показали возможность преодоления этих угроз.

6. Наличие технических и других ограничений применения метода на различных объектах; при отсутствии сведений по возможным ограничениям необходимо их определить проведением испытаний

Ограничения применения технологии: указаны в методических рекомендаций при выборе площадки размещения ВЭУ и ВЭС.

7. Существующие меры поощрения, принуждения, стимулирования для внедрения предлагаемого метода и необходимость их совершенствования

Меры поощрения, принуждения, стимулирования — отсутствуют.

8. Необходимость разработки новых или изменения существующих законов и нормативно-правовых актов

Со стороны государства необходима разработка закона о возобновляемых источниках энергии.

9. Наличие внедрённых пилотных проектов, анализ их реальной эффективности, выявленные недостатки и предложения по совершенствованию технологии с учётом накопленного опыта

Пример внедрения в России: ветропарк в Калининграде и др.

Установленные мощности действующих российских ВЭС (данные ОАО «НИИЭС)

Энергия ветра: разбираемся в самых популярных мифах о ветряных электростанциях

В начале 2019 года в России функционировало 15 ветряных электростанций, суммарная мощность которых составляла 183,9 МВт или 0,08 % от мощности всей энергосистемы страны. По сравнению со странами Европы, Китаем и США это очень мало. Неудивительно, что подавляющее большинство россиян до сих пор считают, что главными источниками энергии в стране являются нефть и газ, а производство на основе других видов энергии, например, ветряной, неэффективна, стоит дорого и даже опасна для здоровья. «Хайтек» вместе с компанией «Энел Россия» рассказывает, почему на самом деле ветряные электростанции не вызывают рак и бессонницу, не приводят к бедности и сокращению рабочих мест, а на их строительство требуется меньше ресурсов, чем на добычу нефти и газа.

Рынок ветроэнергетики во всем мире достаточно развит: совокупный объем установленных мощностей электростанций, использующих энергию ветра, по данным на конец 2018 года достиг 564 ГВт. Наибольший прирост показали Китай, США и Германия.

При правильном развертывании ветряные электростанции позволят достичь цели, установленной Парижским соглашением — не допустить повышения температуры более чем на 2 °C по сравнению с доиндустриальным уровнем в этом столетии. Ветряки, в отличие от угольных и газовых электростанций, не производят прямых выбросов в атмосферу и безопаснее для здоровья человека и окружающей среды, чем традиционная энергетика. Но это согласно официальной информации, однако у обывателей к создателям ветроэнергетических установок (ВЭУ) свои вопросы. Поэтому рассказываем о том, стоит ли опасаться альтернативной — ветряной — энергетики.

Миф 1: Шум от ветряных электростанций приводит к проблемам со здоровьем и просто мешает жить

Постоянный шум и свист появляется в ближайших к месту установки ветряной электростанции населенных пунктах — так звучит один из самых распространенных мифов о ветроэнергетике. На самом деле, ветряные электростанции не издают много шума — звуковое загрязнение, производимое лопастями и оборудованием ВЭУ, гораздо ниже, чем то, которому человек подвергается в городских условиях.

Согласно действующим в России санитарным нормам, эквивалентный уровень шума в населенных пунктах составляет 55 дБ в течение дня и 45 дБ ночью. На практике: в сельской местности, где шум в ночное время колеблется от 20 до 40 дБ, ветряк будет издавать звук мощностью 35–45 дБ. Но это значение справедливо только в радиусе 350 м от электростанции (если речь идет об одиноко стоящем ветряке) — далее уровень шума соответствует естественному фону.

Что касается различных заболеваний, начиная от бессонницы и заканчивая раком, то существует ряд исследований (например, проведенное Минздравом Канады), которые свидетельствуют о нулевом влиянии ветровых электростанций на здоровье человека.

В январе 2012 года Департамент охраны окружающей среды штата Массачусетс, США, опубликовал исследование о возможном воздействии ветряных электростанций на здоровье. В документе, составленном группой независимых врачей и инженеров, говорится о «недостаточном количестве доказательств того, что шум от ветряных турбин напрямую влияет на сон и вызывает проблемы со здоровьем или болезни».

Миф 2: Ветер — не слишком экологичный источник энергии

Энергия ветра снижает, а не увеличивает выработку углекислого газа в энергетическом секторе. Например, в Великобритании расчетное сокращение выбросов CO₂ по сравнению с ожидаемым объемом к 2020 году составило 15 млн т в год. Переход на альтернативные источники энергии — ветер, солнце и вода — а точнее, замена 61% традиционных электростанций на «зеленые» позволит сократить выбросы углекислого газа в Европе к 2030 году на 265 млн т.

Да, ветряные электростанции приводят к непрямым выбросам CO₂, но они составляют всего 11 г/кВт*ч. Для сравнения, тот же показатель у газовых электростанций составляет 490 г/кВтч, а у угольных — 820 г/кВтч.

Еще одна претензия к ветроэнергетике касается использования в ветрогенераторах редкоземельных металлов, таких как неодим. Это отчасти верно — в конструкции электродвигателя ветряной электростанции используются постоянные магниты из содержащие данный элемент, что увеличивает их эффективность в 10 раз в сравнении обычными магнитами. Однако, редкоземельные металлы широко используются в оборудовании и материалах, используемых в повседневной жизни — в мобильных телефонах, ноутбуках, автомобилях, самолётах в значительно большем объеме .

Миф 3: Ветряная энергетика не создает рабочих мест

Согласно прогнозам, к 2030 году в секторе возобновляемой энергетики будет задействовано около 24 млн человек — в 2017 году в нем уже работало около 8,8 млн сотрудников. Это сделает ветроэнергетику и ВИЭ в целом одним из драйверов развития мировой экономики. Только в Европе к 2030 году появится 90 тыс. дополнительных рабочих мест.

К тому же цены на нефть в последние несколько лет падают — это приводит к сокращению рабочих мест в нефтедобывающих компаниях. В 2015 году из-за снижения стоимости ископаемого топлива без работы осталось 250 тыс. человек.

Кроме того, игроки энергорынка активно сокращают сотрудников из-за растущей автоматизации труда. В 2018–2019 годах General Electric и Siemens по этой причине сократили несколько тысяч человек.

Миф 4: Ветряные электростанции — это дорого

Затраты на строительство ветряных электростанций ниже, чем при возведении традиционных электростанций, а стоимость энергии ветра постепенно снижается вместе с ростом объема новых ветропарков. По данным Bloomberg, стоимость строительства и эксплуатации ветряных электростанций за последние 10 лет по всему миру сократилась на 38%.

По данным правительства России, в 2015–2017 годах затраты на строительство ветряных электростанций упали на 33,6%. В июне 2019 года министр энергетики России Александр Новак заявил, что стоимость возведения ветряных электростанций сравнялась со строительством газотурбинных ТЭЦ при пересчете на расходы станции по производству 1 кВт*ч.

Согласно отчету компании Coface от 2018 года, ветроэнергетика быстро растет благодаря постоянному снижению цен на ветрогенераторы. При этом строятся они значительно быстрее традиционных.

Миф 5: Ветряные электростанции работают только 30% времени и не производят электричество в снег и штиль

Эффективность ветряных электростанций часто путают с коэффициентом использования установленной мощности (КИУМ). Современные ветряные турбины вырабатывают электроэнергию 80–85% времени, а объем производимой энергии зависит от скорости ветра. КИУМ для ветряных электростанций составляет 28–30%, а для обычной, тепловой или газотурбинной, электростанции — в среднем 50-60%.

Ветроэлектростанции работают даже при слабом ветре (2-3 м/с) и в дождь, а небольшой объем производимой в таких условиях энергии уравновешивается запасами энергии, произведенными при более благоприятных погодных условиях. Кроме того, ветряные электростанции могут распределять электроэнергию между сетями — в зависимости от того, где ветер дует сильнее, и работать в связке с солнечными, биоэнергетическими и газовыми электростанциями.

Все формы производства энергии оказывают влияние на окружающую среду, на живущих рядом с электростанциями людей и животных. Но влияние ветряной энергетики — одно из самых низких из существующих. Некоторые из описанных выше опасений содержат долю правды, однако ветроэнергетика — молодая технология, которая развивается быстрыми темпами и постоянно становится эффективнее и безопаснее.

Энергия ветра

Ветер служит человеку с древних времен. Первобытные люди поднимали паруса над неустойчивым челноком, выдолбленным из бревна. Преобладающие западные ветры несли испанскую армаду к открытиям и победам. Пассаты надували паруса больших клиперов, помогли открыть Индию и Китай и наладить торговлю с Западом. Древние персы заставили ветер размалывать зерно. Наиболее широкое распространение ветряные мельницы (рис. 9.10) получили в Голландии. Некоторым из них уже более 500 лет, и они находятся в рабочем состоянии. Было время, когда вода и ветер служили едва ли не основными источниками энергии. Еще в 1910 г. в России насчитывалось примерно миллион ветряных мельниц и приблизительно столько же водяных. А сегодня всю эту энергетику с легкой руки называют нетрадиционной.

В 50-х годах XIX в. в США был изобретен многолопастный ветряк, который получил широкое распространение. С помощью подобных ветряков вначале поднималась вода из колодцев и заполнялись водой паровые котлы. Позднее ветряки стали использовать для получения электроэнергии. Многолопастный ветряк с ветроколесом диаметром до 9 м может вырабатывать до 3 кВт электроэнергии при скорости ветре около 25 км/ч. В 30-х годах XX в. на территории США было сооружено около 6 млн многолопастных ветроустановок. Во многих сельских районах до строительства крупных электростанций основным поставщиком электроэнергии были различные ветроустановки.

Энергия движущихся воздушных масс огромна. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры – от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, наносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории от наших западных границ до берегов Енисея. Особенно богаты энергией ветра северные районы страны вдоль побережья Северного Ледовитого океана.

В наши дни ветроустановки вырабатывают лишь небольшую часть производимой электроэнергии во всем мире. Техника XX в. открыла совершенно новые возможности для электроэнергетики. Созданы высокопроизводительные установки, способные вырабатывать электроэнергию даже при очень слабом ветре. Предлагается множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются самые последние достижения многих отраслей естествознания. К созданию совершенной конструкций ветроколеса – сердца любой ветроэнергетической установки – привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти и исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Можно привести примеры необычного использования энергии. Один из американских изобретателей, наблюдая за тем, как пролетающие по шоссе автомобили вздымают по обочинам тучи пыли и гонят вдоль дороги легкий мусор, пришел к мысли, что можно использовать энергию ветра, возникающего от движения транспорта. Он предложил встроить в бетонный разделительный барьер, идущий по середине самых оживленных автомагистралей, ветряные турбины с вертикальной осью, что позволит улавливать энергию от автомобилей, несущихся в обоих направлениях. Выработанная энергия должна либо поступать в общую сеть, либо запасаться в аккумуляторах и использоваться для освещения дороги по ночам. Измерения на обочине оживленного шоссе показали, что искусственный ветер дует около 18 ч в сутки со средней скоростью 4,5–5,5 м/с. Это больше, чем в районе крупных ветровых электростанций, работающих в Калифорнии. Сейчас исследователи продолжают измерения на разных дорогах и собираются приступить к испытаниям разных типов ветряных турбин. Еще один пример. На западном побережье Дании, у городка Райсбю, построена электростанция из 40 ветродвигателей. Общая мощность ее составляет 24 МВт. Ветродвигатели оборудуются электронными регуляторами немецкой фирмы «Сименс», в которых впервые применены полупроводниковые тиристоры. Это позволило отказаться от громоздких конденсаторов и дросселей. Система регулировки обеспечивает ровную отдачу мощности независимо от скорости ветра.

Каждый источник энергии должен работать там, где дает наибольшую отдачу, максимальную выгоду. На севере у нас огромные труднодоступные территории. Вырабатывать здесь энергию очень сложно, и цена ее более высокая, чем в центре страны. Здесь то и могут найти применение ветроустановки. Скорость ветра на побережье морей и океанов составляет в среднем за год более 6 м/с. При работе ветроустановки мощностью в 1 МВт в течение шести месяцев потребитель энергии может получить около 2,5 млн кВт, что вполне достаточно для обеспечения теплом и светом поселка в 150 жилых домов.

Современная ветроустановка мощностью в 1 МВт состоит из ветроколеса диаметром 48 м, установленного на стальной конической башне высотой 40 м, на которой смонтированы агрегат для передачи мощности от ветроколеса к генератору, система управления и тормозной механизм. Ветроустановка полностью автоматизирована: сама «ловит ветер» и проверяет перед запуском состояние всех узлов и агрегатов. При скорости ветра 3,5–4 м/с развивается мощность 40–50 кВт, а при скорости 13,5 м/с – 1000 кВт. Срок службы установки – 20–25 лет. Стоит она примерно 1 млн долл.

К 1998 г. насчитывалось в России около полутора десятков крупных и примерно 100 мелких ветроустановок, в то время как за рубежом их общее число составило более 130 тысяч. Сегодня почти все развитые страны строят ветроустановки. В строительстве ветроустановок лидирует маленькая страна Дания. Около двух десятилетий назад именно она дала толчок развитию современной ветроэнергетики. В этой стране работают более четырех тысяч самых эффективных установок с лучшими показателями в мире. Датчане построили заводы по производству ветроустановок в Индии, Китае и США. Производятся ветроустановки и в России. По своим техническим показателям они не уступают зарубежным аналогам.

Ветроустановки порождают вибрации и шум, неблаготворно влияющие на живые организмы. Поэтому их строят обычно вдали от населенных пунктов. Металлические лопасти могут создавать помехи для радио- и телепередач. Но все же в целом ветроэнергетику принято считать экологически безопасной.

За счёт ветра теперь производится 14 % всей энергии в Европе

Согласно статистике, опубликованной 21 февраля «WindEurope», энергия ветра обеспечила выработку 14 % всей электроэнергии, произведённой ЕС в прошлом году, по сравнению с 12 % в 2017 г. Суммарная установленная мощность ветроэнергетики в Европе выросла в 2018 г. на 11,3 ГВт, из которых 8,6 ГВт относятся к наземному сектору и 2,65 ГВт – к морскому.

Продолжающийся рост установленной мощности и использование более мощных моделей ветрогенераторов вносят свою лепту в увеличение доли ветроэнергетики в общей структуре производства электроэнергии. В прошлом году самый высокий процент электричества, полученного с использованием ветровых технологий, от суммарной энерговыработки продемонстрировала Дания (41%), затем следуют Ирландия (28%) и Португалия (24%). Кроме того, 21% всего электричества, произведённого в ФРГ, приходилось на энергию ветра.

В 2018 г. в Европе на долю ветра пришлось 49 % всех вновь введённых мощностей. Но количество новых ветровых мощностей сократилось на треть по сравнению с 2017 г. (ставшим рекордным). В прошлом году в ходе тендеров было разыграно 9 ГВт новых ветроэнергетических мощностей, в то время как в 2017 г. – 13 ГВт. Рост мощности в ФРГ сократился более чем вдвое в результате неудовлетворительно организованных конкурсных отборов (на данный момент – решённый вопрос) и проблем с выдачей разрешений (что всё ещё не урегулировано). Количество вновь вводимых в эксплуатацию наземных ветроэлектростанций в Великобритании также заметно снизилось. В настоящее время в Европе располагаются ВЭС совокупной мощностью 189 ГВт: 171 ГВт из этой суммы приходится на наземные ВЭС и 18 ГВт – на морские.

2018 год стал рекордным для финансирования новых ветроэнергетических мощностей. В отношении будущих проектов общей мощностью 17 ГВт было достигнуто принятие окончательного инвестиционного решения (ОИР): 13 ГВт из них – это наземные ВЭС и 4,2 ГВт – морские. Причём этот показатель на 45% выше, чем аналогичный в 2017 г., в то время как сумма вложенных средств в пересчёте на евро стала больше всего на 20 %, что лишний раз говорит о падении затрат, т.е. за те же деньги теперь можно получить больше.

Генеральный директор «WindEurope» Жиль Диксон (Giles Dickson) заявил: «В настоящее время за счёт использования энергии ветра обеспечивается 14 % всей выработки электроэнергии в ЕС, по сравнению с 12 % в прошлом году. Всё больше людей и предприятий отдают предпочтение энергии ветра, поскольку видят преимущества от использования чистой и доступной энергии, которую он обеспечивает. Но дьявол кроется в деталях. Предыдущий год был самым неудачным годом после 2011 г. для вновь вводимых ветроэнергетических установок. Темпы роста наземной ветроэнергетики в Германии замедлились более чем вдвое, а в Великобритании он и вовсе остановился. В прошлом году в 12 странах ЕС не было установлено ни одного ветрогенератора.

«Инвестиции в будущие мощности в ушедшем году были достаточно устойчивыми во многом благодаря усилиям Великобритании, Испании и Швеции, а также благодаря продолжающемуся внедрению объектов морской ветроэнергетики. Но направления для новых инвестиций всё ещё не определены. Налицо системные проблемы с выдачей разрешений, в первую очередь это касается ФРГ и Франции. Также, если не принимать в расчёт решительные усилия Литвы и некоторое улучшение обстановки в Польше, стремление развивать ветроэнергетику в странах Центральной и Восточной Европы отсутствует как класс.

«Национальные планы по энергетической и климатической политике до 2030 года» – это реальный шанс исправить существующее положение вещей. И всё же черновым вариантам этих «Планов» очень не достаёт деталей: особенно в отношении планирующихся политических мер и объёмов мощности, выставляемых на конкурсный отбор, также в них нет рассуждений о том, как облегчить процесс получения разрешений и устранить другие препятствия для инвестиций в ветроэнергетику, кроме того, не поднимаются вопросы расширения энергосети. Властям входящих в ЕС стран придётся решить все эти вопросы в текущем году, прежде чем «поставить точку» в разработке «Планов».

Применение энергии ветра: виды, история использования и современные способы производства

Обновлено: 5 марта 2020

• Виды ветряной энергии
  • Воздушный поток
• История использования
• Ресурсы энергии солнца и ветра на Земле
• Какие преимущества имеет энергия ветра?
• Недостатки ветряных электростанций
• Современные способы производства электричества из энергии ветра
• Как сделать ветряную электростанцию?
• Рекомендуемые товары

Виды ветряной энергии

Рост потребления энергоресурсов ускоряется с каждым годом. Появление новых устройств, бытовой техники, компьютерного оборудования способствуют повышению потребностей населения и вынуждает к увеличению мощностей централизованных линий. Их состояние, и так достаточно ветхое, от таких нагрузок становится еще более плачевным. Изношенность электросетей в некоторых регионах достигает 70-80 %, что заставляет задуматься о завтрашнем дне.

С другой стороны, имеется немало регионов, куда линии электропередач д сих пор не проведены. Это отдаленные районы Крайнего Севера, труднодоступные горные населенные пункты и т.д. Надеяться на скорую электрификацию таких мест не приходится, так как важных промышленных или оборонных объектов там нет, а вести линию «в никуда» нерационально, она никогда не окупится.

Выходом из складывающейся ситуации может стать использование альтернативных методов производства электроэнергии. Рассмотрим один из наиболее перспективных вариантов.

Воздушный поток

По сути, энергия ветра одна — кинетическая. Воздушный поток обладает огромной мощью, действие которой можно наблюдать на видео или фотографиях последствий ураганов или просто шквальных порывов. Гораздо больше существует устройств, так или иначе использующих ветряную энергию для выполнения какой-нибудь работы, производства электрического тока и прочих нужд. Так, насосы, действующие от ветряка, известны с незапамятных времен, а современные ветроэлектростанции обеспечивают электрической энергией целые страны и регионы.

Особенностью энергии ветра является ее доступность. Для создания гидроэлектростанции необходимо найти подходящий по рельефу участок русла реки, построить запруду, которая затопит большую площадь полезной поверхности земли. Страдают и исчезают пахотные земли, нарушается естественный ареал обитания животных, изменяется климат в регионе.

Для атомной энергетики надо получить ядерное топливо, построить АЭС, все время ее работы существует ощутимый риск возникновения аварии, угрожающей крупной катастрофой. Использование ветра практически безопасно, не имеет отрицательного воздействия на природу или человека.

Противники ветроэнергетики декларируют различные проблемы, создаваемые использованием ВЭС, но фактов, подтверждающих эти проблемы, не привели ни разу. Практика же опровергает все домыслы относительно вреда от ветростанций, подтверждая лишь полезные свойства.

История использования

Начало использования ветра человеком уходит корнями в далекое прошлое. Прежде всего, это мореплавание. Изобретение паруса намного облегчило навигацию и позволило добираться до места назначения гораздо быстрее. В 200 гг до н.э. в Персии уже существовали ветряные мельницы для изготовления муки.

Первая ветроэлектростанция была выстроена в Дании в XIX веке. Место появления первой станции не случайно, так как в Дании издавна использовались ветряные мельницы, а обычных на то время возможностей для производства электричества при помощи гидростанций не было. Западная Европа является одним из лидеров в развитии ветроэнергетики, хотя с ней весьма сильно конкурируют Китай и Индия.

В России ветровые установки не распространены в должной степени, так как обилие рек способствует развитию гидроэнергетики. Учитывая более высокую производительность ГЭС, это вполне оправдано, но в последнее время интерес к энергии ветра проявляется с новой силой.

Ресурсы энергии солнца и ветра на Земле

Альтернативные источники, к которым относятся солнечная и ветровая энергия, обладают огромным потенциалом. Их количество практически неисчерпаемо, во всяком случае при нынешнем уровне технических возможностей. Особенностями этих видов является периодический характер пользования — для солнца характерен перерыв в ночное время, а ветровые потока не имеют определенной системы и движутся хаотично.

Исключением являются прибрежные регионы, где направление потока изменяет только знак — либо с моря на сушу, либо наоборот. В остальном оба источника бесконечны. Ветер не теряет своей энергии даже при использовании больших станций, состоящих из сотни и более установок, что выгодно отличает его от тех же углеводородов, которые сгорают, загрязняя атмосферу и убывают при этом.

Количество солнечной энергии, доступной на поверхности Земли, во многом зависит от климата и состояния атмосферы в регионе. Районы с обычно затянутым тучами небом в этом отношении бесперспективны. То же касается и регионов со слабыми ветрами в отношении ветроэлектростанций. При этом, энергия ветра доступна в любое время дня и ночи, что делает ее позиции несколько более предпочтительными.

Какие преимущества имеет энергия ветра?

Ветер — абсолютно бесплатный источник энергии. Его не надо добывать, производить или приобретать. В этом состоит его основное преимущество, с которым нельзя спорить или опровергнуть. Кроме этого, есть и другие, не менее привлекательные качества:

• экологическая чистота
• доступность в любой точке земного шара
• неиссякаемость
• возможность использования как в промышленных масштабах, так и в индивидуальном порядке
• простота и надежность оборудования, нужного для производства энергии

Возможность самостоятельного изготовления ветряка из подручных материалов на своем садовом участке или в частном доме отличает этот источник от любого другого. Для самостоятельной сборки требуется некоторый опыт и навык работы со слесарным инструментом и хотя бы базовые познания в электротехнике. В настоящее время получить любую необходимую информацию — не проблема, поэтому задача создания своего собственного ветрогенератора многократно упростилась.

Недостатки ветряных электростанций

К основным недостаткам относят нестабильность воздушных потоков. Даже в прибрежных регионах с преобладающими бризами, имеющими относительно ровные параметры, случаются отклонения от обычных значений, а в континентальных регионах, с их особенностями климата, перепадами среднесуточных температур и влажности, движение воздушных масс имеет сложную и зачастую неожиданную систему. Кроме того, к недостаткам ВЭС принято относить:

• шум от работы установок
• мерцание от вращающихся лопастей
• вибрации, отрицательно воздействующие на мелких животных и, отчасти, на людей
• высокие инвестиционные расходы
• относительно короткий срок службы, не всегда обеспечивающий окупаемость проекта
• дороговизна электроэнергии

Некоторые из этих недостатков можно смело отнести к домыслам, например, высокий уровень шума или вибраций. Но относительно дороговизны и неокупаемости проектов — факт, спорить с которым нет смысла. Расходы на создание ветростанций обычно берутся на себя государствами, особенно если рассматривается крупный проект, способный в корне изменить энергообеспеченность страны, либо, если станция невелика, покрываются из частных инвестиций.

Следует отметить, что стоимость относительно небольших проектов на несколько порядков ниже, чем у гигантов энергетики, что намного увеличивает рентабельность вложений и способствует достаточно быстрой окупаемости.

Современные способы производства электричества из энергии ветра

На сегодня самым распространенным способом преобразования энергии потоков ветра является использование ветрогенераторов. Это устройства, преобразующие энергию потока во вращательное движение, передающееся на генератор, который производит электрический ток. С генератора производится заряд аккумуляторной батареи, которая, разряжаясь, через инвертор питает потребителей.

Примечательно, что все разнообразие конструкций и типов ветряков практически никак не сказывается на состоянии электроники — ее состав, начиная с генератора, одинаков для всех видов установок и различается только по мощности.

Все разнообразие конструкций относится лишь к вращающейся крыльчатке. Здесь имеются разные варианты конструкции:

• горизонтальные
• вертикальные

Наименования этих групп означают расположение оси вращения ротора. Горизонтальные конструкции несколько эффективнее, что стало причиной использования их в крупных ветротурбинах. Вертикальные устройства, в свою очередь, более приспособлены к обслуживанию небольших частных хозяйств, домов, линий освещения или водоснабжения.

Возросший интерес к ветроэнергетическим установкам послужил толчком к росту разработок различных вариантов конструкции ветряка. Основным направлением поисков конструкторов является оптимальный вариант крыльчатки, способный вращаться при слабом ветре. Это актуально для условий России, так как преобладающие ветра в нашей стране относятся к слабым и, в меньшей степени, средним.

Помимо роторных установок рассматриваются и другие конструкции. Например, голландские конструкторы разработали ветряк, работающий на каплях воды. Они переносят заряд с одного электрода на другой, повышая его потенциал. Разработка совершенно новая, никаких характеристик в свободном доступе пока не имеется, но интерес к такой конструкции весьма высок.

Как сделать ветряную электростанцию?

Создание ветряной электростанции является сложным и затратным процессом. Необходимо установить большое количество ветряков и объединить их в единую энергосистему с общей производительностью. Это требует больших усилий по техническому, юридическому и финансовому сопровождению проекта, понадобятся тщательные предварительные разведочные работы, отвечающие на все вопросы эксплуатационного характера:

• преобладающая скорость ветра
• климатические условия, возможность ураганных ветров
• состав почв, стабильность, несущая способность
• особенности рельефа местности

Эти показатели дают почву для расчетов эффективности и возможности строительства станции в данном регионе. Использование ветроэлектростанций не создает проблем для сельского хозяйства, площади сокращаются только на размеры основания несущих мачт. Работа установок имеет достаточно плавный характер и не вредит окружающим людям или животным. Для местностей, не имеющих других вариантов, ветроэнергетические установки являются оптимальным выходом из положения.

Энергия ветра использование

Перспективы ветроэнергетики в современном строительстве

Применение возобновляемых источников энергии для энергоснабжения зданий в современных условиях уже давно воплощается в реальность. Выбор наиболее эффективного возобновляемого энергоресурса необходим в каждом конкретном случае. Рассмотрим инновационные решения, которые существуют на сегодняшний день в области ветроэнергетики.

В европейских странах, в частности Дании, генерация электроэнергии за счёт использования силы ветра составляет значительную и постоянно растущую долю в общей выработке энергии для зданий различного назначения. Подобное энергообеспечение городов и сёл распространено в Германии, Норвегии, Финляндии, США, а также активно внедряется в странах Востока, например Индии и Китае. Имеется некоторый опыт и в России. Правда, развивается ветроэнергетика в основном на базе пропеллерных ветряных электростанций (ВЭС), которые работают по схеме центробежного снабжения (кстати, вся система энергоснабжения в мире – центробежной схемы).

Данные электростанции могут быть удалены от потребителя энергии на значительное расстояние. Такие ВЭС, по нашему мнению, технически и морально устарели, а также представляют опасность для экологии.

Сферы применения

Ныне существуют отечественные энергоэффективные технологии, которые позволяют практически повсеместно использовать энергию воздушного потока даже с низким энергопотенциалом (отсутствие ветра), вплоть до утилизации тёплого потока внутри здания. Комбинированное применение установок, работающих на различных источниках возобновляемой энергии, по схеме центростремительного энергосамообеспечения потребителя может изменить экономику городов и сёл.

Наши ветряки можно устанавливать в «декоративных излишествах», на технических этажах или выносных стелах зданий и т. п. Например, в боковых пилонах здания могут располагаться не только лифты, лестничные пролёты и другие технические помещения, но и энергетические установки, особенно в той части, которая выходит за пределы высоты здания.

Beddington Zero Energy Development (BedZED) – экокомплекс в Лондоне (Великобритания)

Эффективно комплексное использование различных ВИЭ. Так в подвалах разумно размещать гидро- электроустановки нового типа, утилизирующие энергию сточных вод, которые могут стать основным источником энергообеспечения здания, а ветроустановки и солнечные элементы использовать как вспомогательную генерацию. Если здание уже построено и собственники не желают изменять его облик и контуры для встраивания ветро- и гелиоустановок, можно возвести отдельно стоящую энергетическую стелу с набором энергогенерирующих устройств, причём способную обеспечить энергией не одно здание, а их группу или даже целый район.

Примером комплексного использования ВИЭ может стать проект энергообеспечения агротехнопарка (Лотошинский район Московской области), в котором предложены турбины с горизонтальными лопастями на крышах зданий с поддувом воздуха от вентиляции. Кроме того, предусмотрено использование сточных вод для выработки тепловой и электрической энергии. Подобные поселения с энергосамообеспечением могут быть массово внедрены на любой территории, даже с некачественными землями и сложными климатическими условиями.

Проект энергообеспечения агротехнопарка

Центростремительное энергоснабжение зданий

Развивать энергоснабжение зданий предпочтительно по схеме центростремительного самообеспечения, т. е. совместить потребителя и источник генерации энергии в одну систему. Такая схема позволит сократить до минимума необходимость в линиях электропередач и крупных подстанциях, а мегаполисы и другие населенные пункты освободит от паутины проводов.

В российских городах всё чаще применяют энергосберегающие программы и внедряют новые энергоэффективные технологии. В строительном комплексе максимальная энергоэффективность – это самообеспечение дома или целого района электроэнергией на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). При этом вырабатывающие энергию установки должны размещаться в пределах здания, группы зданий или не далее территории района. Максимальный эффект можно получить лишь от комплексного использования различных технологий, работающих за счёт преобразования возобновляемой энергии: ветро-, гелио- и гидроустановок, тепловых насосов и т. п. Рассмотрим инновационные решения, источником энергии которых является ветер – движение воздуха.

Торговый комплекс высотой 240 м построен строительной фирмой Atkins в 2008 году. Архитектурный проект прошёл проверку на соответствие экологическим стандартам.
Торговый центр состоит из двойных башен, которые соединены между собой тремя воздушными мостами. На каждом таком мосту установлен ветрогенератор (суммарная мощность – 675 кВт). Диаметр каждой турбины составляет 29 м. Ориентированы турбины на север, так как именно оттуда, со стороны Персидского залива, ветер дует наибольшее количество дней в году.
Башни по форме напоминают корабли, а между ними образуется своего рода туннель, через который проходит воздушный S‑образный поток, ускоряется и направляется в турбины.
Любой ветер, который дует под углом в 45° к центральной оси, создаёт ветровой поток перпендикулярный к турбинам, что увеличивает их потенциал по выработке электроэнергии.
Ветровые турбины рассчитаны на производство от 11 до 15 % энергии, необходимой башням (1,1–1,3 ГВт·ч/год). Количества вырабатываемой при этом энергии хватило бы для 300 домов в течение одного года. Турбины рассчитаны на ежедневное использование до 50 % от всего рабочего времени.

Роторные ветрогенераторы

На территориях, расположенных в глубине материка, направление ветра непостоянно, особенно в городах, поэтому можно говорить только о преимущественном сезонном направлении ветра. Кроме того, в зависимости от удалённости от поверхности земли ветер ведёт себя по-разному, например, для высот до 50 м характерны так называемые рыскающие потоки, особенно в городах среди высотных зданий.

Однако эти проблемы решаются применением ветряков виндроторного типа – низкоскоростных малых агрегатов с вертикальными осями вращения. Виндроторные турбины (и им подобные) используют ветер любого направления, невзирая на скорость и завихрения, не отключаются при высоких скоростях ветра, но требуют специального торможения или системы закрытия притока воздуха. Эти турбины производят энергию при широчайшем спектре скоростей, без стабилизации установки. Например, наиболее известный классический тип – турбина Савониуса, самостартующая при слабом ветре. Такие агрегаты начинают производить энергию при скорости ветра от 2 м/с, что позволяет скорее говорить об использовании энергии воздуха, чем ветра.

Небоскрёб Tower SE1 в Лондоне (Великобритания) высотой 147 м (42 этажа) обошёлся заказчикам в 113 млн фунтов стерлингов. Это одно из самых высоких жилых зданий в британской столице. Строительство здания, где расположены квартиры, магазины, фитнес-клуб и парковка, окончено в 2010 году. На крыше башни встроены три ветряные турбины по 9 м высотой, работа которых покрывает 8 % внутренних энергозатрат. Встроенные
турбины здания имеют пять, а не три, как это бывает обычно, лопастей, что позволяет значительно снизить уровень шума и вибрации. Ветрогенераторы рассчитаны на 19 кВт. Аэродинамика конструкции спланирована таким образом, чтобы ветер вращал турбины с максимальной эффективностью в течение всего года. Для экономии энергии в здании Strata Tower используется естественная вентиляция и окна с улучшенной изоляцией.

Они масштабируемы до больших мощностей и надёжно служат в течение десятков лет, поскольку имеют минимум движущихся частей, при этом простых и легкозаменяемых. Очень важно, что подобные энергосистемы легко и гармонично вписываются в архитектуру зданий, технических сооружений и в целом в архитектуру города или посёлка.

Среднегодовые скорости воздушных потоков в России составляют около 4,5 м/с, а на высоте более 100 м – превышают 7 м/с. Если использовать естественную возвышенность или здание высотой более 50–100 м, устанавливать эффективные ветроагрегаты, в основном виндроторного типа, можно практически на половине территории страны.

Как вариант, возможно обеспечение зданий энергетическими стелами, включающими в себя ветротурбины виндроторного типа, с горизонтальной осью вращения, которые прикрывают направляющие жалюзи. В солнечных регионах для нагрева технической воды и выработки дополнительного электричества южные боковины стел и некоторые части здания могут быть дополнительно снабжены солнечными панелями (см., например, панели, которые разработал академик Д. С. Стребков, и выпускает ВИЭСХ с КПД 20–22 %).

Настенные ветряные микроустановки

Зарубежная инновационная идея использования энергии ветра – применение микроветряков, размещаемых на стенах зданий. Правда, схема требует большого количества установок, что вызывает необходимость их декорирования на фасаде. Сама установка системы предельно проста: каждый модуль ветрогенератора крепится к стене здания тремя шурупами или анкерными болтами. Одновременно с этим все ветрогенераторы соединяются в единую систему, а щелчок единственного выключателя активизирует всю систему, но для работы этой схемы требуется особая архитектура здания.

Промышленные дизайнеры Ляо-Синь Чен и Вэнь-Чи Чан разработали систему ветряных генераторов под названием Wind Cube.
Конструкция состоит из лопастей, генератора, телескопического вала, электрического
разъёма питания и выключателя. Дизайнеры считают, что каждый Wind Cube способен генерировать 21,6 кВт электроэнергии, а 15 таких систем смогут произвести достаточно энергии для обеспечения ею семьи из четырёх человек.
Генератор Wind Cube прикрепляется к внешней стене дома. Его конструкция схожа с пчелиными сотами. На случай особо сильных порывов ветра предусмотрена возможность складывания лопастей генератора, что повышает его надёжность.
Самый оптимальный вариант для использования такого генератора – верхние этажи угловых домов, т. к. ветряные потоки здесь имеют наиболее высокие показатели.

В зависимости от силы ветра и уровня потребления электроэнергии некоторые ветрогенераторы можно по команде системы управления убирать в специальные углубления до момента, когда снова потребуется их работа. Недостатки те же, что и у любого пропеллерного ветряка: электричество будет до тех пор, пока есть необходимой силы ветер и именно с нужной стороны фасада. Другими словами, возникают многочисленные технические и технологические сложности, а энергии на выходе получается минимальное количество.

Материал подготовлен под руководством А. Л. Яковенко, который возглавляет «МТК-iзобретатель», а также при участии студентов Московского физико-технического института (МФТИ) и Московского государственного университета природообустройства (МГУП). ●

О правильном использовании энергии ветра

Освоение потенциала ветроэнергетики при помощи небольших частных ветряков, является сегодня, на ряду с эксплуатацией солнечных батарей, одним из наиболее эффективных способов получения электроэнергии из окружающей среды. При этом, массовое внедрение частных ветряков с вертикальной осью вращения является куда более эффективным и экологически безопасным решением по сравнению со строительством и эксплуатацией крупных промышленных ветропарков.

У защитников живой природы есть немало оснований выступать против эксплуатации крупных ветропарков. И, следует также отметить, что регулярно проводятся протесты местных жителей, живущих по соседству с ветряками исполинских размеров. От работы мощных промышленных ветряков страдает экология, и часто гибнут птицы. Многие из видов пернатых, обитающих в местах нахождения подобных объектов, сегодня находятся на грани исчезновения.

Мало афишируется то, что промышленные горизонтальные ветроустановки передают серьёзную нагрузку, низкочастотные вибрации на почву и окружающее воздушное пространство. Это зачастую испытывают на себе жители близлежащих домов. А вследствие исчезновения животных, насекомых и определённых видов растительности, происходит изменение почв местной округи.

Репортаж о горизонтальных ветрогенераторах в Германии

В отличие от горизонтальных, вертикальные ветряки не являются прозрачной преградой для птиц, значительно меньше передают вибраций, обладают относительно низкой скоростью вращения, а потому практически бесшумны. Их можно по праву назвать, в целом, достаточно безопасными для растительного и животного мира.

Вертикальные ветрогенераторы эффективны при различных скоростях ветра

Если ставить целью массовое освоение энергии ветра, то использование именно вертикальных ветрогенераторов можно считать наиболее разумным вариантом, позволяющем вырабатывать электроэнергию в наиболее широком диапазоне скоростей ветра.

Стартуя при низких скоростях, и обладая номинальной мощностью от 1 до 5 кВт, вертикальные ветрогенераторы способны с лёгкостью покрыть потребности практически любого загородного дома или фермы.

Надёжность работы обеспечивается повышением пространственной устойчивости такого ветрогенератора при увеличении скорости вращения, вследствие возникновения эффекта гироскопа. Вероятность поломки лопастей практически исключена, т.к. вертикальный ветряк не боится ураганов!

Что касается представленных в нашем каталоге ветряков, то дополнительная надёжность обеспечивается использованием в конструкции только качественных российских и зарубежных комплектующих. На каждую ветроустановку распространяется гарантия от производителя в течение первого года эксплуатации. Ежегодное обслуживание сводится лишь к периодическому осмотру внешнего вида некоторых деталей, смазке подшипников и проверке напряжения на аккумуляторах. Срок службы встроенного безщёточного генератора на постоянных магнитах (NdFeB) составляет не менее 15 лет.

При необходимости, можно увеличить мощность и ежедневную стабильность вырабатывания электроэнергии, установив дополнительно солнечные батареи. На самом деле, мы всегда рекомендуем сочетать ветрогенераторы с солнечными батареями, даже если Вам кажется, что в Вашем районе относительно сильные и стабильные ветра. Наиболее особо преимущества солнечных батарей проявляются в регионах, где ветра достаточной силы могут отсутствовать по многу дней. В то же время, светлое время суток наступает неизбежно, а это означает и неизбежное начало работы установленных солнечных фотоэлектрических батарей!

Подытожив это краткое сравнение подходов к использованию энергии окружающей среды, хотелось бы подчеркнуть, что развитие ветроэнергетики необходимо производить разумно, не увлекаясь глобализацией. Мы можем без чьей-либо помощи пользоваться бесплатной энергией Природы, обретая при этом независимость. Зачем нам посредники? Сегодня на лицо ситуация, когда для домовладельцев, не располагающих подключением к централизованным электросетям, становится единственно верным и наиболее выгодным решением самостоятельная генерация своего собственного, «экологически чистого электричества».

И у нас есть прекрасная возможность добывать достаточное количество энергии на своём собственном участке земли, комбинируя ветрогенераторы и солнечные модули.

Энергия ветра

В связи с ростом цен на энергоносители, все больше людей посматривают в сторону использования альтернативных и возобновляемых источников энергии, ветровой, солнечной, гидроэнергии. Одним из перспективных направлений развития возобновляемой энергетики является ветроэнергетика. Ветровая электрическая установка предназначена для обеспечения электроэнергией от небольшого дома до поселка. Применяется как в местах, где отсутствует сетевая энергия (туристические лагеря, фермерские хозяйства, дачные участки, питание автономных комплексов), так и в качестве резервного источника электроэнергии для частных домов, коттеджей. Ветроустановка даже небольшой мощности способна обеспечить вполне нормальный быт для проживающих людей. Это работающие холодильники, телевизор, компьютер, освещение помещений, нормальное пользование электроинструментом и другими привычными бытовыми электроприборами. Во многом наличие и сила ветра зависят от рельефа местности, открытости пространства, присутствия вблизи водоемов, рек и т. д. Даже около высоких сооружений возможна весьма эффективная работа ветровых систем из-за возникновения эффекта «сквозняков» между зданиями. Более того, независимо от направления ветра «сквозняки» между зданиями, в лощинах, вдоль русла рек, в оврагах присутствуют практически всегда и скорость ветра достаточна для успешной работы ветрогенератора.

Ветроколесо преобразует кинетическую энергию естественного ветрового потока в механическую энергию вращения главного вала ветрогенератора, которая затем преобразуется в электрическую энергию переменного тока. Далее, переменный ток с помощью «интеллектуального» зарядного устройства превращается в постоянный для зарядки аккумуляторных батарей. Затем постоянный ток из аккумуляторных батарей, с помощью инвертора, которыми оснащены ветрогенераторы для дома, преобразуется в однофазный переменный ток 220В, 50Гц.

АНАЛИЗ КЛИМАТА

Важнейшими климатообразующими факторами края являются радиационный режим, обуславливающий различный нагрев подстилающей поверхности, циркуляция атмосферы и физико-географическое положение территории. Среди местных факторов, определяющих климат, наибольшее влияние оказывают резкие различия высот и наличие в южной части края высокой стены Кавказских гор. Город известен частыми сильными ветрами со скоростью 35 — 40 м/с, 50 дней в году скорость ветра превышает 12 м/с. Самые ветреные месяцы — февраль и март, преобладают воздушные потоки западных и восточных направлений. Большую часть года в городе господствует континентальный воздух умеренных широт. Летом с ним связана сухая, жаркая, малооблачная погода. Зимой он поступает из Сибири и Казахстана и приносит морозную, сухую, ясную погоду. С Атлантического океана приходит морозный воздух умеренных широт, несущий осадки, летом-ливневые с грозами, зимой-снегопады. Арктический воздух с Баренцева моря сопровождается холодной, пасмурной погодой, а воздух с Карского моря обычно снижает температуру, усиливает ветры, вызывает волны холода. Во все сезоны возможно проникновение тропического воздуха, континентальный его тип приходит из Средней, Малой Азии, а также Ирана и приносит летом суховеи, осенью — бабье лето. Морской тропический воздух со Средиземного моря летом приносит душную, влажную погоду, зимой -оттепели, весной и осенью — потепление. Вообще же скорость ветра сильно зависит от местных условий. Лучшие места: гребень горной гряды, берег моря, в некоторых случаях – ущелье, распадок и т.п. «естественная труба». Скорость ветра в таких местах редко бывает менее 10 м/с. Важнейшими климатообразующими факторами края являются: радиационный режим, обуславливающий различный нагрев подстилающей поверхности, циркуляция атмосферы и физико-географическое положение территории. Среди местных факторов, определяющих климат, наибольшее влияние оказывают резкие различия высот и наличие в южной части края высокой стены Кавказских гор. Отсутствие южных ветров в крае можно объяснить близостью Кавказского хребта и его географическим положением, искажающим сильные южные ветры. Поэтому в крае наблюдаются или сильные юго-восточные, или юго-западные ветры в тех случаях, когда сложившаяся ситуация должна бы приводить к сильным южным ветрам. Исключение составляет (очень редко) Светлоград — из-за расположения в долине реки Калауса (с севера на юг), и Дивного — достаточно далеко расположенного от Кавказского хребта. Западный ветер — фронтальный ветер. В западной части из-за влияния Ставропольской возвышенности западный ветер имеет большую силу и порывистость. Один раз в 2-3 года отмечается ветер со скоростью более 24-28 м/с в большинстве районов и до 30-40 м/с на отдельных районах. Выступающая среди равнин Предкавказья юго-западная часть Ставропольского плата создает угловой эффект для ускорения юго-западных ветров в северо-западных районах. Для Ставрополя эти высоты служат экраном и здесь ветра юго-западной направленности более 30 м/с — явление редкое. Тогда как сильные северо-западные ветра для Ставрополя — 25-28 м/с — это раз в 1-2 года, достаточно обычное явление. Ветер дополнительно ускоряется вдоль реки Егорлык. Восточный ветер — градиентный ветер, создающийся в результате взаимодействия холодного арктического антициклона и теплого черноморского циклона. Поскольку градиент достаточно равномерно располагается над краем, то восточные ветра отмечаются в большинстве районах. Они носят более продолжительный характер, имеют хорошо выраженный суточный ход. Редко превышают градации 25 м/с. Восточные ветра в западной части края сильнее на 2-5 м/с, чем в восточных районах в силу рельефа: угловой эффект, ветра склонов. На востоке и северо-востоке края сильные или умеренные ветры часто сопровождаются пыльными бурями. При сухих ветрах восточной составляющей возможно возникновение пыльных бурь. Наибольшее число дней с пыльными бурями наблюдается в крайних восточных районах. В западных и юго-западных районах края пыльных бурь практически не бывает: сказывается защитная роль Ставропольской возвышенности. Среднемноголетняя частота возникновения сильных пыльных бурь, которые могут повлечь за собой возникновение чрезвычайной ситуации, составляет 1 раз в 3-4 года. Такое опасное метеорологическое явление как сильная метель (при скорости ветра 20-30 м/с) на территории Ставропольского края в среднем отмечается 1 раз в 3 года. Длятся такие метели обычно от нескольких часов до суток и могут также служить источником чрезвычайной ситуации. Для Шпаковского района характерны сильные ветры: восточные и юго-восточные и противоположные им западные и юго-западные, северо-западные. Восточные и юго-восточные типичны для зимнего периода. Ветры восточного направления преимущественно сухие, летом жаркие, зимой холодные. Восточные ветры могут дуть постоянно на протяжении недели. Эти ветры очень часто образуют суховеи, которые несут сухой пыльный воздух, иногда образуя пыльные бури. Средняя месячная скорость ветра в феврале составляет 5 м/с, в августе 3 м/с. Расчетные данные метеорологов показывают, что в городе ежегодно возможен ветер со скоростью 35 м/с, один раз в 5 лет 43 м/с, раз в 10 лет 45 м/с. Ветры со скоростью 15 м/с довольно часты, и в течение года два дня приходится на сильные ветры. Ветры являются ресурсом для проведения соревнований по воздушным видам спорта. Город Ставрополь известен частыми сильными ветрами со скоростью 35-40 м/с, 50 дней в году скорость ветра превышает 10 м/с. Самые ветреные месяцы — февраль и март, преобладают воздушные потоки западных и восточных направлений. Большую часть года в городе господствует континентальный воздух умеренных широт. Летом с ним связана сухая, жаркая, малооблачная погода. Зимой он поступает из Сибири и Казахстана и приносит морозную, сухую, ясную погоду. С Атлантического океана приходит морозный воздух умеренных широт, несущий осадки, летом — ливневые с грозами, зимой — снегопады. Арктический воздух с Баренцева моря сопровождается холодной, пасмурной погодой, а воздух с Карского моря обычно снижает температуру, усиливает ветры, вызывает волны холода. Во все сезоны возможно проникновение тропического воздуха, континентальный его тип приходит из Средней, Малой Азии, а также Ирана и приносит летом суховеи, осенью — бабье лето. Морской тропический воздух со Средиземного моря летом приносит душную, влажную погоду, зимой — оттепели, весной и осенью-потепление.

Энергия ветра. Истоки и реальность

Энергия ветра сыграла значительную роль в развитии человека. Начиная с древних времен, люди использовали энергию ветра, как в мирных, так и в военных целях. За 5 тысяч лет до рождения Христа древние египтяне использовали ветер, чтобы переплывать Нил на лодке с помощью паруса. Так было изобретено парусное судно.

Есть мнение, что еще до нашей эры в Китае была изобретена ветряная мельница. Но подтвержденные сведения про использование энергии ветра в бытовых целях дошли до нас из Персии. Персы использовали ветер и ветряные мельницы, чтобы молоть зерно, примерно за 200 лет до н.э.

Особую роль в истории, но уже не в мирных целях, сыграл скандинавский вариант использования ветра. В 9 столетии нашей эры на легких парусных судах викинги пересекли Северное море и терроризировали Западную Европу. Противостоять им местное население могло с большим трудом и появление легких и быстрых лодок с воинственными викингами на борту приводило его ужас не одно столетие.

В 12 веке Европа создала первую ветряную мельницу для помола зерна. А к 14 столетию в Голландии началось использование энергии ветра для откачивания воды с полей, ведь большая часть Голландии находится ниже уровня моря и часто подвергается затоплениям. В каком-то смысле это и позволило Голландии быть одной из самых богатых стран на то время. В более засушливых регионах Европы ветер подавал воду на поля для орошения земли.

К 1900 году в Дании было приблизительно 2500 ветряных мельниц. Помимо всего прочего они использовались еще и для поднятия механических грузов. Так что ветряки – это весьма привычное зрелище для людских глаз, и радует оно нас уже около 800 лет подряд.

Первая ветряная мельница для производства электрической энергии была спроектирована во второй половине 18 столетия в США Чарльзом Ф. Брашем (Charles F. Brush). К концу 18 столетия в США было 77 фабрик по производству ветряных мельниц и их экспорт в другие страны был значительно весомым.

К 1940 году сотни тысяч турбин были построены в США. Турбина ставилась недалеко от фермерского хозяйства и обеспечивала одну ферму минимальным количеством электроэнергии. В начале 50х годов центральная электрификация всех хозяйств приостановила рост и развитие ветряных турбин почти на 20 лет. В Дании небольшие маломощные мельницы для одной фермы широко использовались в 80х годах. Государство субсидировало постройку таких турбин.

В 1973 году ОПЕК ввело запрет на добычу нефти и с тех пор из года в год контролирует и регулирует количество добываемой нефти. Уменьшение добычи нефти на Ближнем Востоке, увеличение за короткий период времени стоимости на нефть в несколько раз, а также осознание того, что ископаемые источники энергии не безграничны, заставило ряд государств вернуться к изучению, развитию и внедрению нетрадиционных источников энергии. Одним из таких источников является энергия ветра.

США своим законом от 1978 года обязало коммунальные предприятия скупать лишнюю добытую при помощи ветра электрическую энергию у рядовых граждан. Калифорния – наиболее привлекательный регион в США для установки ветряных ферм из-за погодных условий и особенностей ландшафта, а также выгодных государственных программ по скупке «ветряного» электричества.

Такие программы по поддержке развития нетрадиционных источников энергии привели к тому, что процент электричества добываемого при помощи ветра продолжает увеличиваться из года в год, благодаря понижению стоимости данной технологии.
Сейчас Европа стоит на первом месте по использованию энергии ветра. Наибольшее развитие и потребление ветроэнергетика приобрела в Германии, Дании и Испании.

Развитие технологий использования энергии ветра приводит к тому, что многие страны перешли с одиночных установок ветряных «мельниц», до образования ветровых ферм, на которых на близком расстоянии друг от друга устанавливаются сотни ветряков.

Причем довольно часто государство берет в долгосрочную аренду землю у фермеров под установку ветряков, выплачивая за это весьма значительные суммы владельцам земли. При всем при этом фермеры продолжают эксплуатацию своих земельных угодий, и поля под ветровыми установками благополучно распахиваются и засаживаются.

Ситуация с ветроэнергетикой в нашей стране, такой богатой на ветра и поля, оставляет желать лучшего. Но все же хочется думать, что правительство задумается и о будущем нашей страны. Особенно ввиду последних поднятий цен на ископаемые источники энергии. И примут соответствующие законы, которые позволят инвестировать в данную отрасль. Эти законы позволят не только привлечь дополнительные инвестиции в страну, но и создадут новые рабочие места.

Последовав примеру развитых стран, стоит позволить инвестировать в такие предприятия не только крупным предприятиям, но и рядовым гражданам, которые впоследствии смогут получать хороший процент от сделанных вложений. В Дании, к примеру, существуют специальные кооперативы для граждан, которые хотят вложить свои деньги в ветровую энергетику, и такие кооперативы владеют половиной всех установленных в стране турбин.

И чем быстрее урегулируется законодательная база в этой сфере, тем реальнее у нас шансы догнать развитые страны. Ведь современные ветряные турбины – это сложные технические системы, которые созданы при помощи комбинации знаний из многих областей науки, таких как аэродинамика, механика, электротехника, метеорология и других. А постройка одной турбины на 2МВт в хорошем для нее месте позволит покрыть издержки электроэнергии в 2000 домашних хозяйств.

Стоимость ветровой установки зависит от многих факторов, включая расходы на установку, которые могут достигать 40% от стоимости самого ветряка.