Читай!
Ветроэнергетика: возможности и проблемы

Ветроэнергетика: возможности и проблемы

Сравнение между возобновляемой энергией и традиционными идами энергии может осуществляться с разных точек зрения, включая количество выбросов углерода, водопотребление, эксплуатацию, техническое обслуживание и, конечно же, стоимость.

Автор/Авторы:
Д.Ю. Руди (Омский институт водного транспорта – филиал ФГБОУ ВО “Сибирский государственный университет водного транспорта”)

Общей отправной точкой является наблюдение, что источники возобновляемой энергии, прежде всего солнечной радиации и ветра, являются более диффузными1, чем уголь, нефть и природный газ. Действительно, в то время как типичная угольная силовая установка будет производить 90 Вт мощности на квадратный метр (Вт/м2) от места силовой установки, концентрация солнечных силовых установок составит около 20 Вт/м2, а современные ветровые электростанции в среднем2 2–5 Вт/м2. Однако эти цифры скрывают уникальное и потенциально преобразующее преимущество возобновляемой энергии, а именно её глобальную доступность.

Уголь, как и другие ископаемые виды топлива, является высоко локализованным источником энергии, находящимся менее чем на 5% площади суши в мире. Ветер, напротив, вездесущ. За исключением лесных районов Амазонки, Конго и Юго-Восточной Азии, использование энергии ветра доступно почти в каждом уголке земного шара. Более того, эти ветровые ресурсы огромны – примерно 250 трлн Вт энергии, то есть в 20 раз больше, чем общее мировое потребление энергии, и они имеются в таких разнообразных условиях, как засушливая пустыня и городские каньоны крупных столичных городов3.

Несмотря на глобальную доступность ветровых ресурсов, ветроэнергетика до сих пор оказывает незначительное влияние на производство электроэнергии во всём мире. Только 4 страны в настоящее время производят более 10% своей электроэнергии от ветра, и все они в Европе. К тому же, такие развивающиеся страны, как Сомали и Малави, которые обладают отличными ветровыми ресурсами, всё-таки, по-прежнему страдают от самых низких в мире4 показателей производства электроэнергии.

На развитие ветроэнергетики оказывают влияние экономические, инфраструктурные, нормативные и культурные особенности. Традиционные ветровые турбины с винтом, преобразующим энергию ветра в механическую работу, должны располагаться далеко друг от друга, чтобы избежать аэродинамические помехи и усталостные нагрузки, вызванные взаимодействием с аэродинамическими следами соседних турбин5. Это требование вынудило размещать ветроэнергетические системы в населённых пунктах с высоким спросом на энергию и в отдалённых районах, в том числе, в последнее время, на морских площадках. Однако ограничившись таким подходом к генерации энергии ветра, утрачиваются ключевые преимущества и возможности, предоставляемые глобально распределённым источником энергии, таким как ветер6:

• способность генерировать энергию вблизи района потребления;

• функциональная универсальность, присущая устройствам преобразования энергии, которые могут масштабироваться от киловатт до мегаватт;

• доступ в сельских общинах и в развивающемся мире, где местное производство электроэнергии может быть особенно ценным в отсутствие надёжной централизованной энергосистемы;

• потенциально более низкие барьеры для внедрения распределённых ветроэнергетических технологий.

Разумеется, экономия на масштабе была продемонстрирована в пользу более крупных компонентов ветряных турбин. Мы предполагаем, что это ограничение можно частично обойти, упростив конструкцию ветровой турбины. Некоторые компоненты, такие как коробка передач, действительно более экономичны в больших системах. Конструкция с вертикальной осью устраняет необходимость в механизме ориентации ветровой турбины к встречному ветру, тем самым устраняя другой фактор стоимости7. Меньший размер ветровой турбины облегчает использование недорогих конструкционных компонентов, таких как деревянные башни, которые стоят на 90% меньше, чем эквивалентные стальные. Полученная экономия позволяет компенсировать недостаток работы на более низких высотах, где скорость ветра ниже. Кроме того, на 89% ветровых станций во всём мире рейтинг класса ветра не уменьшается, когда высота уменьшается с 80 до 10 м.

Ожидается, что в течение этого десятилетия глобальные расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание ветряных электростанций достигнут 13 млрд долл. в год. Значительная часть этой суммы связана с необходимостью реконструировать стареющие ветряные электростанции либо с увеличением производства электроэнергии, либо с необходимостью соблюдения новых экологических норм, касающихся производства шума и воздействия на перелётных птиц и летучих мышей.


1 Диффузный – равномерно распределённый.

2 Руди Д.Ю., Кожинова Е.С. Перспективы малой ветроэнергетики // Будущее науки – 2016. Сборник научных статей 4-й Международной молодёжной научной конференции: в 4-х томах. Отв. редактор А.А. Горохов. 2016; Руди Д.Ю. и др. Алгоритм расчёта системы автономного питания на основе ВЭУ и солнечной энергетики // Молодой учёный. 2016. № 22–3.

3 Зиновьев Е.В. и др. Возможность применения альтернативных источников энергии в Омском регионе // Международный научно-исследовательский журнал. 2018. № 1–1.

4 Руди Д.Ю., Бубенчиков А.А., Бубенчикова Т.В. Перспективы применения биоэнергетики‌ // Актуальные вопросы энергетики Материалы Всероссийской научной конференции студентов, магистрантов, аспирантов. 2016.

5 Бубенчиков А.А. и др. Проблемы применения ветроэнергетических установок в регионах с малой ветровой нагрузкой // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 5–2.

6 Руди Д.Ю. Особенности алгоритма расчёта аэродинамических сил, действующих на криволинейный контур, с целью выбора конструкции ротора Савониуса // Вестник ВИЭСХ. 2017. № 2.

7 Ляхнов Д.В. и др. Исследования ветроколёс с вертикальной осью вращения // Молодой учёный. 2017. № 2.