Сколько энергии вырабатывает ветряк

masterok

Давайте посмотрим на нетрадиционые варианты выработки энергии, а именно ветровые электростанции. Пока еще вопрос спорный в возможности существования этого вида энергодобычи без серьезных дотаций, возможность широкого и повсеместного применения этих устройств (а не только для специфических случаев). Однако не оспорим вопрос экологичности. Ну и это еще к тому же красиво 🙂

В Европе и США огромные ветряки — привычный элемент загородного пейзажа. Эти красивые гиганты устанавливаются не только на земле, но и на водных просторах.

Идея использовать силу ветра для получения электрической энергии не нова. Она родилась ещё в конце 19 века, а именно зимой 1887-88 годов, когда один из основателей американской электрической индустрии, Чарльз Ф. Браш построил прототип автоматически управляемой ветровой турбины для производства электроэнергии. На тот момент она была гигантской — диаметр ротора равнялся 17 метрам, и состоял из 144 лопастей, изготовленных. из кедра.

В Европе первая ветряная электрическая станция была пущена в 1900 году, а к началу ІІ-ой мировой войны на планете работало несколько миллионов ветряков.

Современный ветряк — это стальная башня высотой от 70 до 125 м, на вершине которой установлены генератор и ротор с лопастями из композиционных материалов. Сегодня используют 56-метровые лопасти.

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры. Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории.

На первый взгляд ветер кажется одним из самых доступных и возобновляемых источников энергии. В отличие от Солнца он может "работать” зимой и летом, днем и ночью, на севере и на юге. Но ветер — это очень рассеянный энергоресурс.

Ветровая энергия практически всегда "размазана” по огромным территориям. Основные параметры ветра — скорость и направление — меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее "надежным”, чем Солнце. Таким образом, встают две проблемы, которые необходимо решить для полноценного использования энергии ветра. Во-первых, это возможность "ловить” кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока. Вторая проблема пока решается с трудом.

К решению первой проблемы привлекли специалистов самолета строения умеющих выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, для получения максимальной энергии ветра. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Это многолопастные «ромашки» и винты вроде самолетных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью. Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления; остальным приходится разворачиваться по ветру. Такой вертикальный ротор напоминает разрезанную вдоль и насаженную на ось бочку. Встречаются и оригинальные решения. Например, тележка с парусом ездит по кольцу из рельс, а ее колеса приводят в действие электрогенератор.

Кликабельно 1700 рх

Среди десятков тысяч ветряков есть огромные, а есть и маленькие, на один домик. А это как раз гигантские ветряки. Один из самых больших ветряков на сегодня построен в сентябре 2002 под Магдебургом в Германии. Его мощность — 4.5 мегаватт, каждая из трех лопастей достигает 52 метров в длину и 6 в ширину, и весит по 20 тонн. Крепится ротор на 120-метровой башне.

Последнее достижение ветроэнергетики — ветряки, диаметр ротора которых превышает размах крыла самолетов-гигантов, даже нашего «Руслана». Такая установка имеет мощность 1–2 мегаватта и способна обеспечивать электроэнергией 800 современных жилых домов.

Наиболее распространенным типом ветровых энергоустановок (ВЭУ) является турбина с горизонтальным валом и числом лопастей от 1 до 3. По оценкам различных авторов, ветроэнергетический потенциал Земли равен 1200 ТВт, однако использования этого вида энергии в различных районах Земли неодинаковы. В России валовой потенциал ветровой энергии — 80 трлн. кВт/ч в год, а на Северном Кавказе — 200 млрд. кВт/ч (62 млн. т усл. топлива). Эти величины существенно больше соответствующих величин технического потенциала органического топлива. Среднегодовая скорость ветра на высоте 20–30 м над поверхностью Земли должна быть достаточно большой, чтобы мощность воздушного потока, проходящего через надлежащим образом ориентированное вертикальное сечение, достигала значения, приемлемого для преобразования.

Ветровые электростанции выгодны, как правило, в регионах, где среднегодовая скорость ветра составляет 6 метров в секунду и выше и которые бедны другими источниками энергии, а также в зонах, куда доставка топлива очень дорога.

Норвегия объявила о планах построить самый большой в мире ветряк в 2011 году. Работы уже ведутся. Высота ветряной турбины будет составлять 533 фута, а диаметр ротора — 475 футов. Как ожидается, турбина будет обеспечивать электроэнергией 2 000 домов. Рекордный опытный образец стоит $67,5 миллионов.

Ветроэнергетическая установка, расположенная на площадке, где среднегодовая удельная мощность воздушного потока составляет около 500 Вт/м2 (скорость воздушного потока при этом равна 7 м/с), может преобразовать в электроэнергию около 175 из этих 500 Вт/м2. следует также учитывать те изменения, которые вносятся ветровыми установками в ландшафт местности, их размещение должно соответствовать не только стандартам безопасности и эффективности, но и правильного размещения на местности (мельницы ВЭУ, расположенные хаотично менее эффективны, чем те, которые расположены в определенной геометрической последовательности).

Малые ВЭУ обычно предназначаются для автономной работы. Системы, которым они выдают энергию, привередливы, требуют подачи энергии более высокого качества и не допускают перерывов в питании, например, в периоды безветрия. Поэтому им необходим дублер, то есть резервные источники энергии, например, дизельные двигатели той же, как у ветроустановок, или меньшей мощности.

Что касается более мощных ветроустановок (свыше 100кВт), то они применяются как электростанции и включаются обычно в энергосистемы. Обычно на одной площадке устанавливаются достаточно большое количество ВЭУ, образующих так называемую ветровую ферму. На одном краю (фермы) может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить слишком тесно, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому (ферма) занимает много место.

Ветроэнергетика сильно зависит от капризов природы. Скорость ветра бывает настолько низкой, что ветра агрегат совсем не может работать, или настолько высокой, что ветра агрегат необходимо остановить и принять меры по его защите от разрушения. Если скорость ветра превышает номинальную рабочую скорость, часть извлекаемой механической энергии ветра не используется, с тем чтобы не превышать номинальной электрической мощности генератора. Для эффективной работы ВЭУ их размещают на открытых пространствах, реже на территориях сельскохозяйственных угодий, что повышает их продуктивность. В горных районах ветра установки работают эффективно из-за природных особенностей данных местностей, там преобладает движение воздушных масс с большой силой и скоростью, к тому же это дает энергию в труднодоступные районы.

Правильная установка влияет на КПД ветра агрегатов поэтому удельная выработка электрической энергии в течение года составляет 15 – 30% энергии ветра или даже меньше в зависимости от место положения и параметров установки.

В настоящее время рекорд по размеру и мощности (141 метр и 7 мегаватт) принадлежит ветрогенератору Enercon E-126, расположенному около немецкого городка Эмден.

Установка ветряка Enercon E-126:

Ветряные двигатели не загрязняют окружающую среду, отсутствие влияния на тепловой баланс атмосферы Земли, отсутствие потребления кислорода, выбросов углекислого газа и других загрязнителей. Чтобы производить с их помощью много электроэнергии, необходимы огромные пространства земли. Лучше всего они работают там, где дуют сильные ветры.

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников; они успешно работают в труднодоступных районах, на дальних островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций общего пользования.

В проектировании установки самая трудная проблема состояла в том, чтобы при разной силе ветра обеспечить одинаковое число оборотов пропеллера. Ведь при подключении к сети генератор должен давать не просто rкакую-то электрическую энергию, а только переменный ток с заданным числом циклов в секунду, т. е. со стандартной частотой 50 — 60 Гц. Поэтому угол наклона лопастей по отношению к ветру регулируют за счет попорота их вокруг продольной оси: при сильном ветре этот угол острее, воздушный поток свободнее обтекает лопасти и отдает им меньшую часть своей энергии. Помимо регулирования лопастей весь генератор автоматически поворачивается на мачте против ветра.

Одна из возникших проблем ветра агрегатов это избыток энергии в ветреную погоду и не достаток ее период без ветрея. Способов хранения ветреной энергии очень много рассмотрим наиболее простые один из способов: состоит в том, что ветряное колесо движет насос, который накачивает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока. Существуют и другие способы, и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива. Особенно перспективным представляется последний способ. Электрический ток от ветра агрегата разлагает воду на кислород и водород. Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.

Ветряки ставят не только на суше, но и на водных просторах:

Самый высокий ветряк в мире находится в провинции Сан-Хуан на высоте 4 110 метров над уровням моря. Его установила самая крупная золотодобывающая компания в мире — Баррик. Ветряк занесен в книгу рекордов Гиннеса.

Ветроустановка — дорогая техника, но расходы на ее приобретение окупятся в течение первых 7 лет эксплуатации. Расчетный срок службы — 25 лет.

Европейский лидер по использованию энергии ветра — Дания. В этой стране их обычно размещают на скалистых рифах и мелководье, на расстоянии до 2 км от берега.

Кликабельно

Самым ветреным местом в Европе считают шотландские Внешние Гибриды. Северная часть этих островов продувается постоянно. Ветер там практически никогда не утихает.

В конце прошлого года компания Deepwater Wind объявила о планах создания крупнейшей в мире глубоководной ветровой электростанции.

Предполагается, что она будет возведена на протяжении от 29 до 43 км от побережья штата Род-Айленд и Массачусетс и будет производить до 1 000 мегаватт, что сопоставимо с ядерным энергоблоком. Ветряки будут установлены в океане с глубиной дна 52 м — это значительно глубже, чем любая другая современная ветроэлектростанция.

Кликабельно

А вот еще есть такой интересный ветряк

Первая в мире плавучая ветряная турбина была установлена в Северном море у побережья Норвегии. Об этом сообщила во вторник норвежская энергетическая компания StatoilHydro. Турбина, названная Hywind, достигает в высоту 65 метров и весит 5.300 тонн. Ее установили примерно в 10 километрах от острова Кармой, у юго-западного побережья страны, говорится в пресс-релизе компании.

"Ветряк" установлен на плавающей платформе, которая закреплена тремя якорями. В качестве балласта выступают вода и камни, помещенные внутрь платформы.

StatoilHydro планирует проводить испытания Hywind в течение последующих двух лет, прежде чем примет решение о производстве большего числа плавучих ветровых турбин.

По мнению специалистов StatoilHydro, данная технология может представлять интерес для Японии, Южной Кореи, американского штата Калифорния, части Восточного побережья Соединенных Штатов и Испании. Это лишь часть потенциальных рынков.

Hywind может устанавливаться на большем удалении от берега, чем статические ветровые турбины, уже находящиеся в эксплуатации. Речь идет о глубинах от 120 метров до 700 метров, что позволяет размещать новую турбину значительно дальше от берега.

В создание 2,3-мегаваттной плавающей турбины было вложено в общей сложности 400 млн. крон (46 миллионов евро), что делает ее дороже наземных аналогов. Теперь главная задача компании-производителя – удешевить свою разработку.

Ветровая энергия это огромная энергия, надо только правильно ее получать и хранить.

Рассмотрим теперь отрицательное влияние ВЭУ на среду обитания человека и животных, на телевизионную связь и пути сезонной миграции птиц. Действительно крупные ВЭУ влияют на телесигнал. На расстоянии до 0.5 км, они вызывают помехи в телесигнале, это связано с тем, что лопасти ветрового колеса ВЭУ отражают сигналы, вызывая помехи при передачи телевизионного сигнала. Вследствие работы крупных ВЭУ больше 20 кВт возникает достаточное количества инфразвука, которое влияет на состояние человека и животных. При работе крупных ВЭУ возникает и естественный шум от работы ветрового колеса. Поэтому размещение ВЭУ больше 10 кВт нежелательно в переделах черты города. С этими отрицательными факторами пытаются бороться, в частности применяя новые виды материала, которые способны пропускать сигналы в большом спектре и т.д.

Ветровая энергетика вызывает все больше интерес и стремление к усовершенствованию установок для максимальной эффективности. Во многих страна начинают их применять в домах, на фермах, на небольшом производстве.

А вот такой проект :

Необычная ветровая электростанция, имеющая не три, а две лопасти, в скором времени появится у восточного побережья Шотландии. Экстравагантный ветряк, видимо, будет славен ещё и тем, что сможет принимать вертолёты.По данным Inhabitat, шотландский министр энергетики Фергюс Юинг (Fergus Ewing) на днях объявил, что правительство одобрило строительство инновационной ветровой турбины по проекту голландской компании 2-B Energy. Гигантский двухлопастный ветряк мощностью 6 мегаватт будет возведён в составе комплекса Energy Park Fife примерно в 20 метрах от берега.

Вызывающая немало вопросов вертолётная площадка присутствует только на проектных картинках в разделе «общее впечатление». В шотландском правительстве посадка геликоптеров на ветряк не обсуждается (иллюстрации 2-B Energy).

2-B Energy с нуля разработала новый тип турбин в 2007 году. Её ветряки предназначены именно для работы на воде, в прибрежной зоне, где нет строгих требований к шуму и жёстких ограничений по размеру конструкции. Что касается двух лопастей вместо трёх, то компания поясняет: чем меньше движущихся частей, тем лучше в плане ремонтопригодности.

Как сообщает BusinessGreen, 2-B Energy хотела установить в Шотландии два ветряка, но получила одобрение только на один.

«Тот факт, что инновационные компании решают проверить свои новые идеи именно в Шотландии, в лишний раз подтверждает репутацию нашей страны как места для разработки и внедрения всех типов новых „зелёных“ энергетических технологий», – заявил министр Юинг. Судя по всему, строительство экспериментальной турбины начнётся в 2014 году.

Кликабельно

Ну и еще один проектик:

Небольшая американская фирма Joby Energy разработала проект установки в виде огромного летающего змея. Змей представляет собой прямоугольный металлический каркас, несущий на себе десяток небольших лопастей. Сначала лопасти приводятся в действие моторами и, подобно пропеллеру самолета, поднимают каркас на высоту 400-500 метров.

Там в дело вступают мощные высотные ветры, которые вращают лопасти, вырабатывая электрическую энергию. Часть ее идет на поддержание каркаса в воздухе, а основная часть передается на землю по той металлической «нити», которая соединяет каркас с местом запуска. Конечно, для этого требуются прочные и легкие материалы, необходимые для создания летающего (и подвергающегося мощнейшим давлениям) гигантского, в десятки метров длиной, каркаса, и электроника, которая должна обеспечивать автоматическое управление полетом и маневрированием, и датчики, непрерывно измеряющие скорость, направление ветра и ориентацию аппарата, и компьютеры, которые по указаниям этих датчиков автоматически и непрерывно контролируют и нужным образом меняют ориентацию каркаса к ветру, чтобы обеспечить максимальный кпд, и многое другое, чего не было еще 10 лет назад.

Кликабельно 3000 рх

Новый план не просто реален. Он еще и достаточно перспективен, о чем говорит одна, но весьма красноречивая цифра: нынешняя потребность человечества в энергии составляет, по подсчетам, 17 тераватт, между тем как мощность ветров в тропосфере равна 870 тераваттам, то есть в 50 с лишним раз больше. (Напомним, что тропосферой называется приземный слой атмосферы до высоты в 20-30 километров, отделенный от выше лежащей стратосферы переходным слоем; под этим слоем образуются характерные для тропосферы постоянные «струйные потоки» (jet streams) со скоростями ветра от 100 до 400 километров в час. Для сравнения: на земле ураганной считается скорость выше 117 километров в час.) Далеко не случайно эта фирма так энергично испытывает одну систему за другой. Агентство НАСА в ближайшее время проводит нечто вроде всеамериканского конкурса на лучший проект надежной и безопасной летающей турбины мощностью в 300 киловатт. Тот факт, что на этом конкурсе фирма будет лишь одним из нескольких десятков конкурентов, свидетельствует об интересе, проявляемом к новому виду «чистой» энергии. Но еще более ярко о том же говорит интерес, проявляемый к новому плану американским правительством. Это именно оно выделило НАСА деньги для координации и проверки всех этих частных проектов.

Сейчас на предварительном испытании находятся самые разные варианты летающих турбин — в виде воздушного змея, подвесного аэростата, летающего крыла, парашюта и так далее. Отбор поручен НАСА, уже имеющему опыт такой работы. Предстоит прежде всего найти наиболее эффективный вид носителя турбины. Для этого все они будут проверяться в одинаковых условиях полета на высоте до 600 метров — это предел, который для начала установило федеральное правительство.

Даже на этой высоте летающие турбины вполне могут показать свои преимущества перед наземными, ведь сила ветра, как уже говорилось, растет с высотой, а мощность ветряков, как уже выяснила практика, пропорциональна кубу силы ветра. Это значит, что даже при удвоенной за счет высоты силе ветра летающая турбина может дать в 8 раз больше мощности, чем наземная, а при утроенной — даже в 27 раз больше. Как полагают расчетчики, в будущем, когда такие турбины будут летать на высоте 8-9 километров, на уровне самых низких «струйных течений» с их средней скоростью ветра 240 километров в час, они смогут давать 20 000-40 000 ватт на квадратный метр лопастей вместо 500 ватт, которые дают нынешние наземные ветряки .

Кроме того, у них есть еще то преимущество, что установка запуска, где крепится нанотрубочная «нить» (она же — кабель для приема тока), занимает очень малую площадь. Да и стоимость турбины-змея много меньше, чем, скажем, того норвежского гиганта, который сейчас готовится выплыть в море. С другой стороны, летающие ветряки, конечно, уступают таким гигантам по максимальной мощности каждой отдельной установки. Чтобы сравняться с мощностью норвежского плавучего ветряка, летающий ветряк должен иметь рабочую площадь в несколько сот квадратных метров, а это ставит перед конструкторами очень трудные — и пока неразрешимые — технические задачи (в смысле прочности, подъемной силы и так далее.) Так что перегнать наземные ветряки по суммарной мощности можно только за счет я количества, и поэтому энтузиасты нового плана говорят сегодня о создании огромной сети таких летающих ветряков, пусковые установки которых будут собраны на определенных участках той или иной страны — нечто вроде проекта «Дезертек», предлагающего покрыть Сахару сплошными солнечными зеркалами.

В отличие от «Дезертека», в данном случае возникает, однако, сложный вопрос о воздушном пространстве. Каждая летающая турбина требует своей нити, а поскольку эта турбина не стоит на одном месте, а под воздействием ветра и нити описывает определенные траектории в небе, ей нужен также свой «воздушный коридор» — этакий колодец, на дне которого находится ее пусковая установка, а «стены» заданы границами беспрепятственного перемещения этой турбины под действием ветра. Но ведь в воздухе сегодня летают самолеты: частные — на малой высоте, военные, грузовые и пассажирские — на большой, и каждому из них требуется свой воздушный коридор. Система этих коридоров устанавливается в национальном и международном масштабе, и наличие множества «нитей» и самих летающих турбин может создать огромную опасность. В силу этого развитие сети летающих турбин требует сложных диспетчерских расчетов и системы международных соглашений. Поэтому НАСА предполагает провести свои конкурсные испытания уже существующих проектов летающих турбин и проверку проектов их дальнейшего совершенствования в одном единственном месте — на побережье Калифорнии (с тем, чтобы нити проходили над морем) и не выше 600 метров, чтобы не мешать рейсам обычной авиации.

И все же, несмотря на все эти трудности, можно сказать, что план добычи энергии из воздуха начинает обретать реальные очертания. Свой и, возможно, весьма существенный со временем вклад в освобождение мира от нефтяной удавки и опасности глобального потепления летающие ветряки будущего, наверное, внесут.

Кликабельно

Кликабельно 2000 рх

Кликабельно

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2010 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 гигаватт [1] . В том же году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии). [2] [3] Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2011 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 28 % всего электричества, в Португалии — 19 %, в Ирландии — 14 %, [4] , в Испании — 16 % и в Германии — 8 %. [5] В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе. [3]

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. [6] [7] [8] Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.

Содержание

История использования энергии ветра

Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами. [9]

«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 многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 метра и четырёхлопастные роторы диаметром 23 метра. Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 метров. К 1941-му году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт. В период с 1940-х по 1970-е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги. Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра. [9]

Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра

Мощность ветрогенератора зависит от площади, ометаемой лопастями генератора, и высоты над поверхностью. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.

Воздушные потоки у поверхности земли/моря являются ламинарными — нижележащие слои тормозят расположенные выше. Этот эффект заметен до высоты 1 км, но резко снижается уже на высотах больше 100 метров. [10] Высота расположения генератора выше этого пограничного слоя одновременно позволяет увеличить диаметр лопастей и освобождает площади на земле для другой деятельности. Современные генераторы (2010 год) уже вышли на этот рубеж, и их количество резко растёт в мире. [11] Ветрогенератор начинает производить ток при ветре 3 м/с и отключается при ветре более 25 м/с. Максимальная мощность достигается при ветре 15 м/с. Отдаваемая мощность пропорциональна третьей степени скорости ветра: при увеличении ветра вдвое, от 5 м/с до 10 м/с, мощность увеличивается в восемь раз. [12]

Мощности ветрогенераторов и их размеры
Параметр	1 МВт	2 МВт	2,3 МВт
Высота мачты	50 м — 60 м	80 м	80 м
Длина лопасти	26 м	37 м	40 м
Диаметр ротора	54 м	76 м	82,4 м
Вес ротора на оси	25 т	52 т	52 т
Полный вес машинного отделения	40 т	82 т	82,5 т
Источник: Параметры действующих ветрогенераторов. Пори, Финляндия

В августе 2002 года компания Enercon построила прототип ветрогенератора E-112 мощностью 4,5 МВт. До декабря 2004 года турбина оставалась крупнейшей в мире. В декабре 2004 года германская компания REpower Systems построила свой ветрогенератор мощностью 5,0 МВт. Диаметр ротора этой турбины 126 метров, масса гондолы — 200 тонн, высота башни — 120 м. В конце 2005 года Enercon увеличил мощность своего ветрогенератора до 6,0 МВт. Диаметр ротора составил 114 метров, высота башни 124 метра. Компания Clipper Windpower разрабатывает ветрогенератор мощностью 10,0 МВт для офшорного применения [13] . В 2009 году турбины класса 1,5 — 2,5 МВт занимали 82 % в мировой ветроэнегетике [14] .

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные. Наиболее эффективной конструкцией для территорий с малой скоростью ветровых потоков признаны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, т. н. роторные, или карусельного типа. Сейчас все больше производителей переходят на производство таких установок, так как далеко не все потребители живут на побережьях, а скорость континентальных ветров обычно находится в диапазоне от 3 до 12 м/с. В таком ветрорежиме эффективность вертикальной установки намного выше. Стоит отметить, что у вертикальных ветрогенераторов есть ещё несколько существенных преимуществ: они практически бесшумны, и не требуют совершенно никакого обслуживания, при сроке службы более 20 лет. Системы торможения, разработанные в последние годы, гарантируют стабильную работу даже при периодических шквальных порывах до 60 м/с.

Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. Но стоимость инвестиций по сравнению с сушей выше в 1,5 — 2 раза. В море, на расстоянии 10—12 км от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров.

Могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания. Первый прототип плавающей ветряной турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

5 июня 2009 года компании Siemens AG и норвежская Statoil объявили об установке первой в мире коммерческой плавающей ветроэнергетической турбины мощностью 2,3 МВт, производства Siemens Renewable Energy. [15]

Статистика по использованию энергии ветра

На июнь 2012 года суммарные установленные мощности всех ветрогенераторов мира составили 254 ГВт. Среднее увеличение суммы мощностей всех ветрогенераторов в мире, начиная с 2009 года, составляет 38-40 гигаватт за год и обусловлено бурным развитием ветроэнергетики в США, Индии, КНР и ФРГ [16] . Предполагаемая мощность ветряной энергетики к концу 2012 года по данным World Wind Energy Assosiation приблизится к значению в 273 ГВт [17] .

Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов [18] [19] .

В 2010 году в Европе было сконцентрировано 44 % установленных ветряных электростанций, в Азии — 31 %, в Северной Америке — 22 %.

Таблица: Суммарные установленные мощности, МВт, по странам мира 2005—2011 г. Данные Европейской ассоциации ветроэнергетики [20] и GWEC [21] .

Страна	2005 г., МВт.	2006 г., МВт.	2007 г., МВт.	2008 г. МВт.	2009 г. МВт.	2010 г. МВт.	2011 г. Мвт.
Китай	1260	2405	6050	12210	25104	41800	62733
США	9149	11603	16818	25170	35159	40200	46919
Германия	18428	20622	22247	23903	25777	27214	29060
Испания	10028	11615	15145	16754	19149	20676	21674
Индия	4430	6270	7580	9645	10833	13064	16084
Франция	757	1567	2454	3404	4492	5660	6800
Италия	1718	2123	2726	3736	4850	5797	6737
Великобритания	1353	1962	2389	3241	4051	5203	6540
Канада	683	1451	1846	2369	3319	4008	5265
Португалия	1022	1716	2150	2862	3535	3702	4083
Дания	3122	3136	3125	3180	3482	3752	3871
Швеция	510	571	788	1021	1560	2163	2907
Япония	1040	1394	1538	1880	2056	2304	2501
Нидерланды	1224	1558	1746	2225	2229	2237	2328
Австралия	579	817	817,3	1306	1668	2020	2224
Турция	20,1	50	146	433	801	1329	1799
Ирландия	496	746	805	1002	1260	1748	1631
Греция	573	746	871	985	1087	1208	1629
Польша	73	153	276	472	725	1107	1616
Бразилия	29	237	247,1	341	606	932	1509
Австрия	819	965	982	995	995	1011	1084
Бельгия	167,4	194	287	384	563	911	1078
Болгария	14	36	70	120	177	375	612
Норвегия	270	325	333	428	431	441	520
Венгрия	17,5	61	65	127	201	329	329
Чехия	29,5	54	116	150	192	215	217
Финляндия	82	86	110	140	146	197	197
Эстония	33	32	58	78	142	149	184
Литва	7	48	50	54	91	154	179
Украина	77,3	86	89	90	94	87	151
Россия	14	15,5	16,5	16,5	14	15,4

Таблица: Суммарные установленные мощности, МВт по данным WWEA.

1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011
7475	9663	13696	18039	24320	31164	39290	47686	59004	73904	93849	120791	157000	196630	237227

В то же время, по данным European Wind Energy Association, суммарная вырабатываемая мощность ветряной энергии в России за 2010 год составила 9 МВт, что приблизительно соответствует показателям Вьетнама (31 МВт), Уругвая (30,5 МВт), Ямайки (29,7 МВт), Гваделупы (20,5 МВт), Колумбии (20 МВт), Гайаны (13,5 МВт) и Кубы (11,7 МВт).

В 2011 году ветряные электростанции Германии произвели 8 % от всей произведённой в Германии электроэнергии [22] .

В 2011 году 28 % электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра [23] .

В 2009 году в Китае ветряные электростанции вырабатывали около 1,3 % суммарной выработки электроэнергии в стране. В КНР с 2006 года действует закон о возобновляемых источниках энергии. Предполагается, что к 2020 году мощности ветроэнергетики достигнут 80-100 ГВт. [24]

Португалия и Испания в некоторые дни 2007 года из энергии ветра выработали около 20 % электроэнергии [25] . 22 марта 2008 года в Испании из энергии ветра было выработано 40,8 % всей электроэнергии страны [26] .

Ветроэнергетика в России

В середине 1920-х годов ЦАГИ разрабатывал ветро-электрические станции и ветряки для сельского хозяйства. Конструкция «крестьянского ветряка» могла быть изготовлена на месте из доступных материалов. Его мощность варьировалась от 3 л.с., 8 л.с. до 45 л.с. Такая установка могла освещать 150—200 дворов или приводить в действие мельницу. Для постоянства работы был предусмотрен гидравлический аккумулятор [27] .

Технический потенциал ветровой энергии России оценивается свыше 50 000 млрд кВт·ч /год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт·ч /год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России. [28]

Энергетические ветровые зоны в России расположены, в основном, на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Чёрного и Азовского морей. Отдельные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале.

Максимальная средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период — период наибольшей потребности в электроэнергии и тепле. Около 30 % экономического потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем Востоке, 14 % — в Северном экономическом районе, около 16 % — в Западной и Восточной Сибири.

Суммарная установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2009 год составляет 17-18 МВт.

Cамая крупная ветроэлектростанция России (5,1 МВт) расположена в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Зеленоградская ВЭУ состоит из 21 установки датской компании SЕАS Energi Service A.S.

На Чукотке действует Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт (10 ветроагрегатов по 250 кВт). Годовая выработка в 2011 году не превысила 0,2 млн кВт·ч .

В Республике Башкортостан действует ВЭС Тюпкильды мощностью 2,2 МВт, располагающаяся около одноимённой деревни Туймазинского района [28] . ВЭС состоит из четырёх ветроагрегатов немецкой фирмы Hanseatische AG типа ЕТ 550/41 мощностью по 550 кВт. Годовая выработка электроэнергии в 2008—2010 гг. не превышала 0,4 млн кВт·ч .

В Калмыкии в 20 км от Элисты размещена площадка Калмыцкой ВЭС планировавшейся мощностью в 22 МВт и годовой выработкой 53 млн кВт·ч , на 2006 год на площадке установлена одна установка «Радуга» мощностью 1 МВт и выработкой от 3 до 5 млн кВт·ч .

В Республике Коми вблизи Воркуты недостроена Заполярная ВДЭС мощностью 3 МВт. На 2006 действуют 6 установок по 250 кВт общей мощностью 1,5 МВт.

Успешным примером реализации возможностей ветряных установок в сложных климатических условиях является ветродизельная электростанция на мысе Сеть-Наволок Кольского полуострова мощностью до 0,1 МВт. В 17 километрах от неё в 2009 году начато обследование параметров будущей ВЭС работающей в комплексе с Кислогубской ПЭС.

Существуют проекты на разных стадиях проработки Ленинградской ВЭС 75 МВт Ленинградская область, Ейской ВЭС 72 МВт Краснодарский край, Калининградской морской ВЭС 50 МВт, Морской ВЭС 30 МВт Карелия, Приморской ВЭС 30 МВт Приморский край, Магаданской ВЭС 30 МВт Магаданская область, Чуйской ВЭС 24 МВт Республика Алтай, Усть-Камчатской ВДЭС 16 МВт Камчатская область, Новиковской ВДЭС 10 МВт Республика Коми, Дагестанской ВЭС 6 МВт Дагестан, Анапской ВЭС 5 МВт Краснодарский край, Новороссийской ВЭС 5 МВт Краснодарский край и Валаамской ВЭС 4 МВт Карелия.

Как пример реализации потенциала территорий Азовского моря можно указать Новоазовскую ВЭС, действующей на 2010 год мощностью в 21,8 МВт, установленную на украинском побережье Таганрогского залива.

В 2003—2005 годах в рамках РАО ЕЭС проведены эксперименты по созданию комплексов на базе ветрогенераторов и двигателей внутреннего сгорания, по программе в посёлке Тикси установлен один агрегат. Все проекты начатые в РАО, связанные с ветроэнергетикой переданы компании РусГидро. В конце 2008 года РусГидро начала поиск перспективных площадок для строительства ветряных электростанций [29] .

Предпринимались попытки серийного выпуска ветроэнергетических установок для индивидуальных потребителей, например водоподъёмный агрегат «Ромашка».

В последние годы увеличение мощностей происходит в основном за счет маломощных индивидуальных энергосистем, объём реализации которых составляет 250 ветроэнергетических установок (мощностью от 1 кВт до 5 кВт).

Перспективы

Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты.

Мощность высотных потоков ветра (на высотах 7-14 км) примерно в 10-15 раз выше, чем у приземных. Эти потоки обладают постоянством, почти не меняясь в течение года. Возможно использование потоков, расположенных даже над густонаселёнными территориями (например — городами), без ущерба для хозяйственной деятельности.

Германия планирует к 2020 году производить 19,6 % электроэнергии из возобновляемых источников энергии, в основном из ветра. [30]

Дания планирует к 2020 г. 50 % потребности страны в электроэнергии обеспечивать за счет ветроэнергетики [31] .

В 2008 году Европейским Союзом установлена цель: к 2010 году установить ветрогенераторов на 40 тыс. МВт, а к 2020 году — 180 тыс. МВт. Согласно планам Евросоюза общее количество электрической энергии, которые выработают ветряные электростанции, составит 494,7 Тв-ч. [32] [30] .

В Китае принят Национальный План Развития. Планируется, что установленные мощности Китая должны вырасти до 5 тыс. МВт к 2010 году и до 30 тыс. МВт к 2020 году [33] . Однако бурное развитие ветроэнергетического сектора позволило Китаю превысить порог в 30 Гвт установленной мощности уже в 2010 году. [34]

Индия к 2012 году увеличит свои ветряные мощности в 2 раза в сравнении с 2008 годом. К 2012 году будет построено новых ветряных электростанций на 6 тысяч МВт. [35]

Венесуэла за 5 лет с 2010 года планирует построить ветряных электростанций на 1500 МВт. [36] .

Франция планирует к 2020 году построить ветряных электростанций на 25 000 МВт, из них 6 000 МВт — офшорных [37] .

Экономические аспекты ветроэнергетики

Основная часть стоимости ветроэнергии определяется первоначальными расходами на строительство сооружений ВЭУ (cтоимость 1 кВт установленной мощности ВЭУ

Экономия топлива

Ветряные генераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.

Себестоимость электроэнергии

Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра [38] .

Скорость ветра	Себестоимость (для США, 2004 год)
7,16 м/c	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 ещё снизится на 35—40 % к концу 2006 г. 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 ниже стоимости традиционной энергии. Осенью 2005 года из-за роста цен на природный газ и уголь стоимость ветряного электричества стала ниже стоимости электроэнергии, произведённой 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.

Экономика ветроэнергетики в России

В большинстве регионов России среднегодовая скорость ветра не превышает 5 м/с [источник не указан 123 дня] , в связи с чем привычные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения практически не применимы — их стартовая скорость начинается с 3-6 м/с, и получить от их работы существенное количество энергии не удастся. Однако на сегодняшний день все больше производителей ветрогенераторов предлагают т. н.роторные установки, или ветрогенераторы с вертикальной осью вращения. Принципиальное отличие состоит в том, что вертикальному генератору достаточно 1 м/с чтобы начать вырабатывать электричество. Развитие этого направления снимает ограничения по использованию энергии ветра в целях электроснабжения. Наиболее прогрессивная технология — сочетание в одном устройстве генераторов двух видов — вертикального ветрогенератора и ФЭМ (фото-электрические модули) — солнечные панели. Дополняя друг друга, совместно они гарантируют производство достаточного количества электроэнергии на любых территориях и в любых климатических условиях. Достаточных, например, для уличного освещения или питания объектов инженерно-технической инфраструктуры (базовые станции сотовой связи [источник не указан 64 дня] , пункты наблюдения, погодные и метео-станции и так далее).

Другие экономические проблемы

Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезах. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её 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.

Проблемы в сетях и диспетчеризации энергосистем из-за нестабильности работы ветрогенераторов начинаются после достижения ими доли в 20-25 % от общей установленной мощности системы. Для России это будет показатель, близкий к 50 тыс. — 55 тыс. МВт.

По данным испанских компаний «Gamesa Eolica» и «WinWind» точность прогнозов выдачи энергии ветростанций при почасовом планировании на рынке «на день вперёд» или спотовом режиме превышает 95 %.

Небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередачи и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими. Проблема частично решается, если ветроустановка подключается к местной сети, где есть энергопотребители. В этом случае используется существующее силовое и распределительное оборудование, а ВЭС создаёт некоторый подпор мощности, снижая мощность, потребляемую местной сетью извне. Трансформаторная подстанция и внешняя линия электропередачи оказываются менее нагруженными, хотя общее потребление мощности может быть выше.

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

Экономика малой ветроэнергетики

В России считается, что применение ветрогенераторов в быту для обеспечения электричеством малоцелесообразно из-за:

50 % стоимости всей установки (применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в

В настоящее время, несмотря на рост цен на энергоносители, себестоимость электроэнергии не составляет сколько-нибудь значительной величины у основной массы производств по сравнению с другими затратами; ключевыми для потребителя остаются надёжность и стабильность электроснабжения.

Основными факторами, приводящими к удорожанию энергии, получаемой от ветрогенераторов, являются:

Необходимость получения электроэнергии промышленного качества

В настоящее время наиболее экономически целесообразно получение с помощью ветрогенераторов не электрической энергии промышленного качества, а постоянного или переменного тока (переменной частоты) с последующим преобразованием его с помощью ТЭНов в тепло, для обогрева жилья и получения горячей воды. Эта схема имеет несколько преимуществ:

• Отопление является основным энергопотребителем любого дома в России.
• Схема ветрогенератора и управляющей автоматики кардинально упрощается.
• Схема автоматики может быть в самом простом случае построена на нескольких тепловых реле.
• В качестве аккумулятора энергии можно использовать обычный бойлер с водой для отопления и горячего водоснабжения.
• Потребление тепла не так требовательно к качеству и бесперебойности: температуру воздуха в помещении можно поддерживать в широких диапазонах 19—25 °C, а в бойлерах горячего водоснабжения 40—97 °C без ущерба для потребителей.

Экологические аспекты ветроэнергетики

Выбросы в атмосферу

Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО₂, 9 тонн SO₂, 4 тонн оксидов азота [39] .

По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО₂ на 1,5 миллиарда тонн [40] .

Влияние на климат

Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например в Европе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности. В частности, снижение средней скорости ветров способно сделать климат региона чуть более континентальным за счет того, что медленно движущиеся воздушные массы успевают сильнее нагреться летом и охлаждаться зимой. Также отбор энергии у ветра может способствовать изменению влажностного режима прилегающей территории. Впрочем, учёные пока только разворачивают исследования в этой области, научные работы, анализирующие эти аспекты, не дают количественную оценку воздействия широкомасштабной ветряной энергетики на климат, однако позволяют заключить, что оно может быть не столь пренебрежимо малым, как полагали ранее [41] [42] .

Вентиляция городов

В современных городах выделяется большое количество вредных веществ, в том числе от промышленных предприятий и автомобилей. Естественная вентиляция городов происходит с помощью ветра. При этом описанное выше снижение скорости ветра из-за массового использования ВЭУ может снижать и вентилируемость городов. Особенно неприятные последствия это может вызвать в крупных мегаполисах: смог, повышение концентрации вредных веществ в воздухе и, как следствие, повышенная заболеваемость населения. В связи с этим установка ветряков вблизи крупных городов нежелательна [источник не указан 867 дней] .

Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:

• механический шум — шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей)
• аэродинамический шум — шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки)

В настоящее время при определении уровня шума от ветроустановок пользуются только расчётными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не даёт информации о шумности ветроустановки, так как эффективное отделение шума ветроустановки от шума ветра в данный момент невозможно.

Источник шума	Уровень шума, дБ
Болевой порог человеческого слуха	120
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 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.

Примером подобных конструктивных просчётов является ветрогенератор Гровиан. Из-за высокого уровня шума установка проработала около 100 часов и была демонтирована.

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.

Низкочастотные вибрации

Низкочастотные колебания, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг стекол в домах на расстоянии до 60 м от ветроустановок мегаваттного класса. [43]

Как правило, жилые дома располагаются на расстоянии не менее 300 м от ветроустановок. На таком расстоянии вклад ветроустановки в инфразвуковые колебания уже не может быть выделен из фоновых колебаний.

Обледенение лопастей

При эксплуатации ветроустановок в зимний период при высокой влажности воздуха возможно образование ледяных наростов на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлёт льда на значительное расстояние. Как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ветроустановки. [44]

Кроме того, в случае легкого обледенения лопастей были отмечены случаи улучшения аэродинамических характеристик профиля.

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 [45] , что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землёй, 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.

Источник энергии	Удельный показатель площади земельного участка, требующейся для производства 1 млн кВт·ч за 30 лет (м²)
Геотермальный источник	404
Ветер	800—1335
Фотоэлектрический элемент	364
Солнечный нагревательный элемент	3561
Уголь	3642

Таблица: Удельная потребность в площади земельного участка для производства 1 млн кВт·ч электроэнергии

Вред, наносимый животным и птицам

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

Таблица: Вред, наносимый животным и птицам. Данные AWEA [46] .

Популяции летучих мышей, живущие рядом с ВЭС на порядок более уязвимы, нежели популяции птиц. Возле концов лопастей ветрогенератора образуется область пониженного давления, и млекопитающее, попавшее в неё, получает баротравму. Более 90 % летучих мышей, найденных рядом с ветряками обнаруживают признаки внутреннего кровоизлияния. По объяснениям учёных, птицы имеют иное строение лёгких, а потому менее восприимчивы к резким перепадам давления и страдают только от непосредственного столкновения с лопастями ветряков [47] .

Использование водных ресурсов

В отличие от традиционных тепловых электростанций, ветряные электростанции не используют воду, что позволяет существенно снизить нагрузку на водные ресурсы.

Радиопомехи

Металлические сооружения ветроустановки, особенно элементы в лопастях, могут вызвать значительные помехи в приёме радиосигнала [48] . Чем крупнее ветроустановка, тем большие помехи она может создавать. В ряде случаев для решения проблемы приходится устанавливать дополнительные ретрансляторы.

Особенности электрогенераторов ветровой генерации для дома

Ветрогенератор – устройство для преобразования кинетической энергии ветра в механическую, а затем в электрическую. По количеству вырабатываемой электроэнергии такие устройства делятся на большие, мощностью более 100 кВт, и малые, мощностью менее 100 кВт.

Большие, мощностью до нескольких мегаватт, используются в качестве единичных элементов ветровых электростанций, которые передают энергию в магистральные электросети для большого числа потребителей. Размещаются ветровые электростанции на берегах морей, крупных водоёмов и в пустынных местностях. Обязательным атрибутом при их развёртывании является инфраструктура для передачи энергии в линии электропередач.

Отдельные малые ветрогенераторы, о которых пойдёт речь в этой статье, нашли применение для электроснабжения частных домов и автономных объектов различного назначения – телекоммуникационных вышек, уличного освещения, элементов систем управления дорожным движением. Устанавливаются они рядом с объектом и нередко дополняются солнечной батареей или дизель-генератором.

Особенности ветровых электростанций

Устройство ветряных электростанций предполагает использование нескольких ветрогенераторов, объединенных в общую сеть. Это один из лучших источников альтернативной энергии. Такие системы отличаются невысоким КПД (порядка 30%), однако тем не менее, их достаточно для большинства бытовых потребностей.

Ветряки устанавливаются на большой высоте, чтобы обеспечить эффективный поток воздуха. Если вокруг находится много высоких зданий и деревьев, это отрицательно повлияет на эффективность.

Ветровые электростанции не должны устанавливаться вблизи жилых домов. В противном случае это создаст постоянный дискомфорт из-за шума. Их оптимально монтировать в пустынной местности, где не плотная застройка и нет лесов.

Плюсы и минусы технологии

Ветрогенератор при работе шумит, поэтому расстояние до жилого дома должно быть не менее 30 м. Кроме того необходимо, чтобы деревья и здания не препятствовали попаданию потоку ветра на лопасти ветряка.

К плюсам установки устройства относятся следующее:

• После установки оборудования не надо покупать топливо. Расходы будут только для поддержания рабочего состояния и предупредительного ремонта.
• Будет обеспечен достаточной ветровой нагрузкой в большинстве климатических районах, особенно в отдаленных северных областях с постоянно дующими ветрами.
• Ветряк работает в автоматическом режиме и не нуждается в постоянном досмотре. А помещение с регулирующей аппаратурой и аккумуляторами размещается в удобном для обслуживания месте.

Минусы ветряных генераторов:

• При неправильной установке мачты устройство генерирует инфразвук, вредный для здоровья.
• Обязательно установка заземления для зашиты от молнии во время грозы.
• Обледенения лопастей в сырую морозную погоду, и повреждения при сильных порывах ветра.
• При выходе из строя генератора для его ремонта надо наклонять мачту, или лезть наверх.

Фундамент мачты должен обеспечивать ее устойчивость при сильных порывах ветра. Защитный тормоз генератора не дает развивать большую скорость вращения лопастей при порывах ветра.

Виды ветряных электростанций

Ветряные электростанции для дома делятся на несколько видов. Наиболее распространенными являются модели, оснащенные горизонтальной осью вращения ротора. Это обеспечивает достаточный КПД и предотвращает возникновение ураганов. Такие ветряки, к тому же, отличаются доступность стоимостью.

Существуют модели, в которых роторная ось расположена вертикально. Их преимущество заключается в возможности работы даже при незначительном ветре любого направления. Они просты в установке, не сильно шумят.

Но, эффективность их несколько ниже из-за необходимости монтажа на незначительной высоте. Хотя именно ветряки с вертикальной осью лучше всего использовать в бытовых целях.

Также установки разнятся конструкцией ветряного колеса. Существуют модели пропеллерного типа, в которых лопасти установлены под прямым углом к валу.

Другой вариант – карусельные ветряки, предполагающие вертикальное расположение вала.

Наиболее распространенными являются пропеллерные модели за счет повышенной эффективности. На фото ветряных электростанций можно наглядно ознакомиться с различными моделями, особенностями и способами их установки.

Экономическое обоснование строительства ВЭС

С точки зрения экономики, строительство ВЭС имеет смысл только при отсутствии других способов энергообеспечения. Оборудование стоит очень дорого, обслуживание и ремонт требуют постоянных расходов, а срок службы ограничен 20 годами, и это в условиях Европы. Для России этот срок можно снизить не менее, чем на треть. Поэтому использование ВЭС экономически малоэффективно.

С другой стороны, при полном отсутствии альтернативных вариантов или при наличии оптимальных условий, обеспечивающих качественную и равномерную работу ветряков, использование ВЭС становится вполне приемлемым способом энергообеспечения.

Важно! Речь идет именно о крупных станциях, снабжающих целые регионы. Ситуация с бытовыми или частными станциями выглядит более привлекательно.

Важные нюансы

Устанавливая ветряную электростанцию мощностью до 10 кВт, следует учитывать переменчивость ветра, сезонные особенности и местоположение.

Генератор из асинхронного двигателя: схема, таблица, инструкция, как сделать своими руками + фото от мастера!

Солнечная батарея своими руками — пошаговая инструкция как изготовить и провести монтаж солнечной батареи в домашних условиях (фото и видео-инструкция)

Как подобрать солнечную электростанцию: готовые решения, принцип работы, как выбрать и установить своими руками (фото + видео-инструкция)

Нужно измерить скорость ветра на разных высотах, определить оптимальное расположение. В идеале нужно проводить анализ на протяжении целого года, чтобы видеть полную картину.

Стоит воспользоваться метеорологическими сервисами, предоставляющими данные о ветрах в разных регионах.

Для расположения установки нужно достаточно свободного пространства. С повышением мощности растут и требования к свободной площади.

Подключение ветровой электростанции

Установка ветряной электростанции должна производиться на открытой местности, где свободно проходит ветер. После монтажа самой системы, следует произвести правильное подключение. Оно может быть сетевым или не сетевым.

Не сетевая методика предоставляет возможность полной или частичной эксплуатации автономной электроэнергии. При этом на объекте не нужна централизованная электросеть.

Солнечные коллекторы для отопления дома: преимущества, недостатки, мифы, правда и отзывы владельцев (130 фото + видео)

Биогазовая установка своими руками — пошаговое описание производства, 130 фото и видео описание биогазовой установки

Как сделать ветрогенератор на 220В своими руками: пошаговое описание изготовления самодельных ветряков (схемы, проекты, фото и видео)

К ветряку подключается контроллер, от которого идут переключатели, далее накопительные аккумуляторы, и последним звеном являются непосредственно электроприборы.

Сетевая схема подключения востребована, если вырабатывается высокая мощность, или приборы потребляют мало электроэнергии.

В данном случае система подключается к централизованной электросети. При избытке выработки электричества появляется возможность его продажи согласно «зеленому тарифу».

В данном случае схема будет такой: после ветряка подключается контроллер, затем накопительные аккумуляторы, после которых предохранители с переключателями, затем инверторный прибор, автоматический ввод резерва, далее прибор учета, после которого электрическая сеть и уже непосредственно электроприборы.

Как он работает?

Под действием потока ветра лопасти начинают вращаться, при этом вращается и ротор генератора, закрепленный на одной оси с валом лопастей. На роторе установлены магниты, которые при вращении создают ток в обмотках статора. Появившийся в генераторе переменный ток перерабатывается в постоянный и по проводам поступает в аккумулятор, где накапливается для потребления.

Для потребления необходим переменный ток, поэтому заряд с аккумулятора преобразуется в инверторе в переменный со стандартными параметрами, напряжение 220 вольт, частота 50 Гц. После этого ток поступает в помещения для бытового использования.

Расчет мощности

Мощность ветряных электростанций сильно отличается в зависимости от модели. На показатель также влияет местоположение. Поэтому предварительно нужно рассчитать необходимую мощность, чтобы подобрать оптимальную модель.

Как выбрать хороший генератор для дома — лучшие модели и варианты выбора генератора для частного дома (115 фото)

Как выбрать конденсатор для электродвигателя: запуск трехфазного двигателя и правильный подбор конденсатора (схемы, 90 фото и видео)

Ремонт электродвигателей своими руками: восстановление якоря, обмотки и советы как устранить КЗ быстро и просто (125 фото и видео)

Сначала следует определить общее энергопотребление в среднем за месяц (учитывая все использующиеся электрические приборы и их мощностные показатели).

Для дома обычно достаточно ветровой электростанции мощностью 2-10 кВт. Рассчитывая мощность также следует учесть такие факторы:

• размеры лопастей;
• скорость ветра;
• потери (нужно брать во внимание коэффициент применения ветровой энергии, равный 0,6, мощность пропеллера 40-50%, потери на генерирующем узле около 20% и на проводах порядка 20%).

Есть простая формула расчета мощности:

P=0,6 х π х R2 х V3, где:

• P – мощность;
• R – радиус ветряка;
• V – среднегодовая скорость ветра.

К примеру, радиус составляет 3 м, а скорость ветра 6 м/с. Следовательно, имеем 0,6 х 3,14 х 9 х 216 = 3662,5. Соответственно мощность электростанции составляет 3,6 кВт.

Если этого достаточно для ваших потребностей, можно устанавливать такую станцию. В противном случае следует выбрать более мощный вариант.

Фото ветровых электростанций для дома

Вам понравилась статья? Поделитесь

Ветровые электростанции.Особенности эксплуатации ветряных двигателей. Сравнения ветрогенераторов, выпускаемых различными производителями

Люди все больше задумываются о том, чтобы пользоваться надежными, безопасными и экономически дешевыми источниками энергии. Например — энергией ветра.

Существуют два вида ветровых электростанций: с горизонтальной осью — привычный всем пропеллер, и станции с вертикальной осью вращения. Вторые, несмотря на то, что генератор у них находится под мачтой, и нет необходимости ориентировать конструкцию на ветер — менее популярны. Дело в том, что для их работы требуются более сильные ветра и внешний источник для запуска.

Ветровая электростанция, какой бы мощности она ни была, построенная примерно одинаково: мачта (производители предлагают несколько типов: простые на растяжках, телескопические, монолитные — разница в занимаемой площади и цене), на вершине которой устанавливается контейнер с генератором и редуктором. Редуктор оснащен лопастями, которые улавливают потоки ветра. Контейнер закреплен подвижно и способен разворачиваться вслед за ветром.

Выбирая ветряк, нужно в первую очередь определиться — для каких целей он будет вам служить, и сколько энергии вы рассчитываете от него получить.

Одни из самых легких конструкций ветровых электростанций — мощностью до 300 Вт. Такая переносная ветровая электростанция легко умещается в багажнике автомобиля, устанавливается одним человеком за считанные минуты и способна обеспечить зарядку мобильных устройств, обеспечить освещение и возможность посмотреть телевизор. Такую ветровую электростанцию можно взять с собой в дорогу или установить на даче. Двух-, пяти-или десяти киловаттные ветровые электростанции смогут обеспечить необходимым количеством энергии дом, коттедж, магазин, кафе, кемпинг, даже ферму, ресторан, гостиницу или строительную площадку. Излишки энергии аккумулируются и используются в периоды затишья или когда энергии нужно больше, чем дает ветер.

Ветровая электростанция мощностью 20 кВт производит количество энергии, достаточное для нескольких больших загородных домов, небольших поселков, баз отдыха и т.д. Несколько таких электростанций смогут обеспечить энергией даже завод.

К плюсам ветровых электростанций можно отнести то, что они не загрязняют окружающую среду, им не нужно топливо и, при определенных условиях, могут конкурировать с традиционными источниками энергии.
[adsense_id=»1″]
Минусов, к сожалению, тоже хватает: ветер от природы нестабилен и это затрудняет работу ветровых электростанций. Начальная скорость ветра, при которой ветряк начинает выработку электроэнергии составляет 1-3 м / с (зависит от модели). Номинальная мощность достигается только при оптимальной скорости ветра конкретной модели (10-12 м / с). Важным моментом при выборе модели является среднегодовая скорость ветра в данном регионе. Например, при скорости 4 м / с (минимум, рекомендуемый большинством производителей) для небольшого дома нужен агрегат мощностью 4 кВт.

Для накопления энергии, равномерной и стабильной работы электрики в доме используются аккумуляторы. Они сейчас довольно долговечны, но раз в 12-15 лет требуют замены. Мощные ветровые электростанции не только дают больше энергии, но и создают шумы. Устанавливать ветряки нужно на таком расстоянии от зданий, чтобы уровень шума не превышал 40 децибел. Иначе не избежать головной боли. Кроме того, ветровые электростанции способны создавать помехи работе радио и телевизора. И, тем не менее, удобства и пользы от ветровых электростанций куда больше, чем проблем.

Возможно уже сейчас стоит начать подбор подходящего ветряка для своего коттеджа, или дачи.

Особенности эксплуатации ветровых электростанций

У моделей ветрогенераторов мощностью 0,5 и 1 кВт корпуса делаются из алюминиевого сплава. Поэтому они имеют небольшую массу и высокие показатели теплоотдачи.

Низкая расчетная скорость ветра (9 — 10 м / с) означает, что при малых скоростях ветра (5 — 6 м / с), которые обычно и преобладают, такой ветряк, например расчетной мощностью 1,5 кВт, выдаст энергии больше, чем другой ветрогенератор мощностью 2 — 3 кВт, но с расчетной скоростью ветра 12 м / с.

Использование тихоходного электрогенератора на постоянных магнитах, позволяет обходиться без редуктора, что минимизирует потери и шум, многократно увеличивает надежность.

Энергоэффективность (коэффициент использования ветра) «самолетного» профиля лопасти примерно в 2 — 4 раза выше, чем если бы она имела плоский (наклонен под углом к витропотоку) профиль. Серийный выпуск позволяет добиться высокой надежности и низкой себестоимости продукции.

Для использования в индивидуальном хозяйстве, рекомендуются ветряки мощностью не менее 0,5 кВт. Дело в том, что менее мощные ветровые электростанции при обычно преобладающих низких скоростях ветра, будут выдавать совсем малое количество энергии (ее будет маловато даже с учетом того, что она накапливается в аккумуляторах).

Малые ветряки (300 Вт) могут быть полезными в походных условиях и / или например, на яхте и др..

Что касается шумности ветряков, а так же инфранизькочастотних колебаний, которые распугивают мелких животных — этот недостаток относится гигантским мегаваттный ветрякам, лопасти которых создают инфранизькочастотни колебания. Такие ветряки обычно устанавливают вдали от населенных пунктов (пустыни, прибрежные зоны и т. п.). Маломощные же ветряки, конечно, тоже могут создавать небольшой шум при сильном ветре, однако его уровень не намного превышает естественный фон, создаваемый самим ветром. А на некоторых, этот легкий шелест действует даже успокаивающе, примерно так же, как бывает приятным шум дождя.

Частые вопросы о ветровые электростанции

В каких случаях целесообразно использовать ветрогенератор (ветряк)?

В местах, где отсутствует централизованное электроснабжение или являются перебои в обеспечении электроэнергией при условии достаточного ветрового потенциала (среднегодовая скорость ветра не менее 3,5 м / с) и отсутствия высоких зданий или деревьев, которые экранируют предполагаемые места установки ветрогенераторов.

Какую оптимальное количество лопастей должен иметь ветрогенератор (ветряк), и как должна быть расположена ось ветроколеса: горизонтально или вертикально?

Существует множество вариантов конструкции ветрогенераторов. В настоящее время 95% всех выпущенных в мире ветрогенераторов — трехлопастные с горизонтальной осью.[adsense_id=»1″]

Каковы основные критерии для объективного сравнения ветрогенераторов, выпускаемых различными производителями?

К таким критериям относятся:

• — Коэффициент использования ветра;
• — Годовое количество энергии, вырабатываемой в год при заданной среднегодовой скорости ветра, и, соответственно, соотношение стоимости ветрогенератора к годовой выработки электроэнергии;
• — Необходимая периодичность сервисного обслуживания;
• — Надежность работы, которая характеризуется, в частности, сроком гарантийного обслуживания;
• — Срок эксплуатации ветровой электростанции;
• — Безопасность эксплуатации ветрогенератора;
• — Время выполнения заказа;
• — Продолжительность серийного выпуска.

Что значит формулировка: «Мощность генератора составляет 800 Вт, а мощность ветроустановки — 3 кВт»?

Установленная мощность генератора ветроустановки — 800 Вт. Благодаря энергоблока, который содержит в себе интеллектуальный зарядное устройство (который в свою очередь заряжает блок аккумуляторных батарей) и инвертор, максимальная выходная мощность одной системы составляет 5кВт. Системы могут быть объединены, что позволит увеличить выработку электроэнергии.

Чем нужно руководствоваться при выборе мощности ветровой электростанции для загородного дома?

Для загородного дома будет достаточно ветрогенератора мощностью 1,5-6 кВт. Многое зависит от того, при какой скорости ветра ветроустановка выдает заявленную мощность, а также от скорости ветра в данном регионе. Если один ветрогенератор выдает мощность 2кВт при скорости ветра, например, 8 м / с, а другой 5кВт при 12м / с, то в регионах со среднегодовой скоростью ветра до 7м / с первая установка будет вырабатывать больше электроэнергии за год. Это происходит за больших потерь мощности на втором ветрогенераторе при малых скоростях ветра.

Как происходит регулировка мощности ветряной электростанции и что происходит с ней при высоких скоростях ветра?

Регулировка мощности ветровой электростанции при скоростях ветра выше расчетной, происходит наиболее прогрессивным способом, за счет изменения угла установки лопастей с помощью компактного регулятора оборотов аэродинамического типа. Остановка ветроколеса осуществляется с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение.

Что означает тихоходное ветроколесо ветряной электростанции?

Одной из характеристик ветрогенераторов является быстроходность ветроколеса. Она определяется соотношением скорости движения конца лопасти к расчетной скорости ветра. Для современных ветроколес эта цифра находится в пределах от 4 до 12. При прочих равных условиях, чем больше скорость вращения ветроколеса, тем выше эта цифра. Более тихоходные ветроколеса начинают работать при малых ветрах, создавая меньше шума и меньше изнашивая собственные детали.

Что происходит с ветровыми электростанциями при штормовом ветре?

При скорости ветра более 25 м / с ветроколесо останавливается с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение, таким образом нагрузка на ветроколесо снижается. Это наиболее безопасный вариант защиты ветровых электростанций. Другие варианты уменьшения скорости вращения, связанные с созданием противодействующего момента за счет торможения генератором являются потенциально опасными как для ветровых электростанций, так и для жизни.

Как осуществляется грозовой защиту?

Установка должна иметь заземление, соответствующее стандартам.

Существуют ли какие требования к месту установки аккумуляторных батарей для ветровых электростанций?

Для установки аккумуляторных батарей необходимо отапливаемое вентилируемое помещение с температурой выше 0 о С и площадью 1 м 2.

Каков порядок проектирования места для установки ветровых электростанций?

Данные о ветрах обычно определяются по справочникам, а также анализом измерений ближайших метеостанций.

Как Ваша ветровые электростанции ориентируются на ветер?

С помощью системы автоматической ориентации по ветру.

Какой расчетный срок службы ветровых электростанций?

В зависимости от условий эксплуатации срок службы ветровой электростанции составляет от 15 до 25 лет.