Статьи

Общие сведения о ветроэнергетике

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Так как энергия ветра является следствием деятельности солнца, то её относят к возобновляемым видам энергии. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2007 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 94,1 гигаватта, увеличившись впятеро с 2000 года.

История использования энергии ветра

Ветряные мельницы в Ла Манче, Испания

«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.

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

 

Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра

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

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, вес 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.

Прибрежная ферма ветроэнергетических установок Миддельгрюнден, около Копенгагена, Дания. На момент постройки она была крупнейшей в мире

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

Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10-12 км от берега (а иногда и дальше), строятся оффшорные фермы. 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 HTechnologies BV в декабре 2007. Ветрогенератор мощностью 80 кВт. установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

Страна

2005 г., МВт

2006 г., МВт

2007 г., МВт

Германия

18428

20622

22247

США

9149

11603

16818

Испания

10028

11615

15145

Индия

4430

6270

7580

Китай

1260

2405

6050

Дания

3122

3136

3125

Италия

1718

2123

2726

Великобритания

1353

1962

2389

Франция

757

1567

2454

Португалия

1022

1716

2150

Нидерланды

1224

1558

1746

Канада

683

1451

1846

Япония

1040

1394

1538

Австрия

819

965

982

Австралия

579

817

817,3

Греция

573

746

871

Ирландия

496

746

805

Швеция

510

571

788

Норвегия

270

325

333

Бразилия

29

237

247,1

Бельгия

167,4

194

287

Польша

73

153

276

Египет

145

230

310

Турция

20,1

50

146

Чехия

29,5

54

116

Финляндия

82

86

110

Украина

77,3

86

89

Болгария

14

36

70

Венгрия

17,5

61

65

Эстония

33

32

58

Литва

7

48

50

Люксембург

35,3

35

35

Аргентина

26,8

27,8

29,8

Латвия

27

27

27

Россия

14

15,5

16,5

Строительство турбины в Германии

 

 

 
 

 
 

 

 
 

 
 

 

 

Таблица: Суммарные установленные мощности, МВт, по странам мира 2005—2007 г. Данные Европейской ассоциации ветроэнергетики и WWEA.

 

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008 прогноз

2009 прогноз

2010 прогноз

9663

13696

18039

24320

31164

39290

47686

59004

73904

93849

115000

140000

170000

Таблица: Суммарные установленные мощности, МВт, и прогноз WWEA до 2010 г.

Страны Евросоюза в 2005 году вырабатывают из энергии ветра около 3 % потребляемой электроэнергии. В 2007 году ветряные электростанции Германии произвели 14,3 % от всей произведённой в Германии электроэнергии.

В 2007 году более 20 % электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра.

Индия в 2005 году получает из энергии ветра около 3 % всей электроэнергии.

В 2007 г. в США из энергии ветра было выработано 48 млрд кВт·ч электроэнергии, что составляет более 1 % электроэнергии, произведённой в США за 2007 г.

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