Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или другие формы энергии, является одним из самых обещающих и экологически чистых направлений современной энергетики.
Эта технология использует ветрогенераторы для преобразования энергии ветра в электричество, обеспечивая альтернативу традиционным ископаемым источникам энергии.
История ветроэнергетики уходит корнями в далекое прошлое, когда ветер использовался для движения парусных судов и работы ветряных мельниц. Подробно про историю ветроэнергетики смотрите здесь: История, классификация, виды, особенности ветроэнергетических установок и станций
Современная ветроэнергетика является самой интенсивно развивающейся отраслью мирового энергетического хозяйства. Она представляет собой высокотехнологичную индустрию с современными ветрогенераторами, способными вырабатывать значительные объемы электроэнергии.
Преимущества ветроэнергетики многочисленны и включают в себя экологическую чистоту, возобновляемость источника и низкие эксплуатационные затраты. Ветроэнергетика не производит выбросов углекислого газа или других вредных веществ, что делает ее одним из ключевых элементов в борьбе с глобальным потеплением и загрязнением окружающей среды.
Однако, несмотря на все преимущества, существуют и определенные трудности. Непостоянство ветровых потоков может создавать проблемы с надежностью и стабильностью энергоснабжения. Кроме того, высокая начальная стоимость установки ветрогенераторов и необходимость развития соответствующей инфраструктуры требуют значительных инвестиций.
Ветроэнергетика в возобновляемой энергетике: Преимущества и недостатки ветроэнергетики
Ветроэнергетические установки (ВЭУ) — технические устройства, предназначенные для использования кинетической энергии воздушных масс Земли с целью преобразования ее в другие виды энергии (электрическую, механическую). С помощью ВЭУ извлекается только часть кинетической энергии ветра в данном месте земной поверхности, так как физически невозможно использовать всю потенциальную энергию ветра.
Существуют два различных физических принципа извлечения энергии ветра:
- менее эффективный основан на использовании силы сопротивления поверхности движущимся массам воздуха;
- более распространенный сегодня в мире и более эффективный использует аэродинамическую подъемную силу аэродинамического крыла или лопасти ВЭУ.
Как правило, при использовании подъемной силы удается удвоить или даже утроить мощность, получаемую с заданного попе речного сечения крыла или лопасти ВЭУ по сравнению с использованием силы сопротивления такого же поперечного сечения ВЭУ.
ВЭУ работают на открытом воздухе в разных географических и высотных условиях:
- от +50 °С до -40 °С;
- при разной плотности и влажности воздуха;
- при разных видах осадков — дождь, снег, лед, иней, град и др.;
- при больших диапазонах изменения скоростей ветра — от 0 до 40 м/с и даже выше.
Большое влияние на технико-экономические показатели ВЭУ оказывает способ их использования в электроэнергетике:
- работа в больших современных энергосистемах (или энергообъединениях) с разной долей по мощности (или энергии) при разных точках их подключения к передающей или распределительной сети и с учетом агрегирования по территории отдельной страны (или нескольких стран);
- работа в локальных, и как их принято сегодня классифицировать, — интеллектуальных системах (или системах с распределенными параметрами);
- работа на разного рода автономных потребителей, которые могут сегодня иметь весьма различные требования к качеству и виду тока, его частоте и напряжению.
Для повышения экономической эффективности так называемые системные ВЭУ, как правило, объединяются в ветроэлектрические станции (ВЭС), которые представляют собой (по аналогии с традиционными электростанциями) электрическое объединение нескольких ВЭУ, расположенных компактно на заданной территории и имеющих общее управление.
Число ВЭУ, входящих в состав одной ВЭС, может достигать нескольких тысяч единиц (например, ВЭУ в Калифорнии, США).
Все производимые и установленные ВЭУ охватывают диапазон мощностей от нескольких ватт до нескольких мегаватт при огромном многообразии типов и видов ВЭУ и ВЭС.
Наибольшее распространение среди ВЭУ, подсоединяемых к мощной электросети, сегодня получили установки с единичной мощностью около 2 МВт.
Следует особо выделить 10 наиболее крупных современных производителей ВЭУ, которые занимают подавляющую долю рынка ВЭУ в мире. Это немецкие компании Enercon, Siemens (купивший крупного датского производителя Bonus), датская Vestas (включая дочернюю компанию Neg Micon), испанская Gamesa, американская компания General Electric (GE Wind), индийская Suzlon и китайские Xinjiang Gold Wind, Sinovel Windtech и Dongfang Steam Turbine.
Устройство ВЭУ: Как устроены мощные промышленные ветрогенераторы
Также, как средняя и крупная в мире стабильно развивается и малая ветроэнергетика.
Сегодня все большее и большее значение в европейских приморских странах начинают приобретать так называемые морские или оффшорные ВЭС, работающие в открытом море на глубинах до 50 м в прибрежной зоне (оффшорной зоне), где, как правило, устанавливаются ВЭУ мегаваттного класса.
Эти ВЭС работают в условиях влажного соленого воздуха и больших диапазонов морского волнения, а также в возможных ледовых условиях.
Следует упомянуть и о повышенных современных социально-экологических требованиях к любым техническим устройствам, тем более работающим на открытом воздухе.
Технические установки подобного типа оказывают визуальное и шумовое воздействие на окружающую среду, влияют на ареалы обитания некоторых видов птиц и маршруты их миграции, оказывают влияние на радиоэлектронную связь в регионе.
Все сказанное выше, а также и прочие многочисленные факторы, влияющие на условия проектирования, сооружения и эксплуатацию ВЭУ, накладывает очень жесткие условия на производителей и проектировщиков ВЭУ во всем мире.
При этом сегодня особое внимание уделяется унификации технических решений по ВЭУ для повышения их экономической, социальной и экологической эффективности для массового или серийного производства.
При проектировании и эксплуатации ВЭУ необходимо учитывать:
- независимый от человека вероятностный характер изменения скорости ветра по величине и по направлению в каждой точке земной поверхности;
- отсутствие корреляционных связей ветровых условий на больших территориях; невозможность аккумуляции энергии ветра во времени без использования специальных накопителей энергии (в отличие от ГЭС с водохранилищем — накопителем энергии);
- высокую вероятность появления штилей или очень больших скоростей ветра, когда ВЭУ вынуждены прекращать свою работу.
Помимо роста единичной установленной мощности и диаметра ротора ветроколеса, сегодня в мире прослеживаются следующие основные тенденции развития:
- использование безредукторных технологий;
- увеличение срока службы ВЭУ;
- предоставление комплексных услуг (монтаж + сервис);
- снижение затрат на сервисное обслуживание;
- снижение стоимости ВЭУ;
- рост коэффициента доступности до 95-98 %;
- рост «технического» коэффициента использования установленной мощности (на 1 % в год);
- участие ВЭУ в регулировании качества электрической энергии.
Росту эффективности ВЭС в мире особенно способствуют государственные и региональные формы поддержки развития ветроэнергетики (как прямые меры политики, направленные на стимуляцию установки новых ВЭУ в настоящее время, так и косвенные инструменты, направленные на улучшение долгосрочных рыночных условий для ВЭС).
Развитию ВЭС в мире способствует и ряд объективных факторов, характерных для современного топливно-энергетического комплекса (ТЭК) мира: рост населения Земли, рост промышленного производства, повышение стоимости ископаемого органического топлива — основного источника энергии для тепловых электростанций (ТЭС), рост значимости социально-экологических факторов и т. д.
Развивается международное сотрудничество стран в области ветроэнергетики, растет число людей, занятых в производстве ВЭУ и ВЭС. Происходит взаимное проникновение современных технологий проектирования, строительства, монтажа, эксплуатации и мониторинга ВЭУ и ВЭС, развиваются международные проекты, особенно в области морских ВЭС.
Смотрите дальше: Способы повышения эффективности работы ветроэнергетических установок