Альтернативный источник энергии ветер: альтернативный источник энергии – тема научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

Содержание

альтернативный источник энергии – тема научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

УДК 697.952.4 DOI: 10.32464/2618-8716-2019-2-1-40-49

Ветер — альтернативный источник энергии

Ю.С. Грибач, О.О. Егорычев, Е.В. Кургузова

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУМГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Аннотация

Введение: на сегодняшний день одной из важнейших проблем мировой экономики является ограниченное количество традиционного топлива, за счет потребления которого ведется удовлетворение потребностей человечества в энергии. Содержится определение понятия «альтернативная энергетика», что представляет собой совокупность способов получения энергии при использовании возобновляемых источников энергии. Представлена необходимость поиска возобновляемых источников энергии, которые позволят повысить экологический потенциал территорий, энергетическую и экономическую составляющие. Выделена перспективность применения возобновляемых источников энергии, к числу которых можно отнести один из наиболее распространенных альтернативных источников энергии — ветер.

Методы: приведены принципы работы ветровых установок. Подробно описан процесс преобразования ветровой энергии в механическую. Также приведена классификация существующих установок по оси вращения с описанием функционирования каждого из них и выделены четыре основных способа передачи мощности ветра потребителю.

Результаты и обсуждения: содержит информацию об экономической выгоде применения ветроустановок на территории России, а также приведен список благоприятных регионов для создания ветроэлектрических станций. Кроме того, содержит информацию об экологической целесообразности применения ветроэнергетических установок, так как ветрогенераторы компенсируют выброс углекислого газа.

Заключение: представлены выводы, которые позволяют определить положительные стороны использования ветровых установок, к которым можно отнести экологичность, экономичность и доступность. Необходимо подчеркнуть, что ветрогенератор компенсирует выброс углекислого газа, связанный с его производством, благодаря чему применение данного вида установок позволит создать максимально чистую среду.

Ключевые слова: альтернативные источники энергии, аэродинамика, аэродинамическая труба, ветер, ветровое воздействие, возобновляемые источники энергии

Для цитирования: Грибач Ю.С., Егорычев О.О., Кургузова Е.В. Ветер — альтернативный источник энергии // Силовое и энергетическое оборудование. Автономные системы. 2019. Т. 2. Вып. 1. С. 40-49. URL: http://www. powerjournal.ru

Wind is an alternative source of energy

J.S. Gribach, O.O. Egorychev, E.V. Kurguzova

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation

Abstract

Introduction: today, one of the most important problems of the world economy is a limited amount of traditional fuels, due to the consumption of which the needs of humanity for energy are being met. The chapter «Introduction» contains the definition of the term «alternative energy», which is a set of ways to generate energy when using renewable energy sources. This chapter presents the need to search for renewable energy sources that will increase the ecological potential of the territories, as well as the energy and economic component. The prospects for the use of renewable energy sources have been highlighted, among which one of the most common alternative energy sources is wind.

Methods: the chapter «Methods» describes the principles of operation of wind turbines. This chapter describes in detail the process of converting wind energy into mechanical energy. Also in the chapter «Methods» is a classification of existing installations along the axis of rotation with a description of the operation of each of them and highlighted four main ways to transfer wind power to the consumer.

Results and discussions: the chapter «Results and Discussions» contains information on the economic benefits of using wind turbines in Russia, as well as a list of favorable regions for the creation of wind power stations. The structure of this chapter includes information on the environmental feasibility of the use of wind power plants, since wind generators compensate for carbon dioxide emissions.

Conclusion: in the «Conclusion» presents conclusions that allow you to determine the positive aspects of the use of wind turbines, which include environmental friendliness, efficiency and affordability. It should be emphasized that the wind generator compensates for carbon dioxide emissions associated with its production, so that the use of this type of installation will create the most clean environment.

Keywords: aerodynamics alternative energy sources, aerodynamics, wind tunnel, wind, wind effect, renewable energy sources

For citation: Gribach J.S., Egorychev O.O., Kurguzova E.V. Veter — al’ternativnyy istochnik energii [Wind is an alternative source of energy]. Silovoe i energeticheskoe oborudovanie. Avtonomnye sistemy [Power and Autonomous Equipment]. 2019. Vol. 2. Issue 1. Pp. 40-49. URL: http://www.powerjournal.ru (In Russian)

Адрес для переписки: Грибач Юлия Сергеевна

НИУ МГСУ, 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected]

Address for correspondence: Julia Sergeevna Gribach

MGSU, 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, [email protected]

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день одной из важнейших проблем мировой экономики является ограниченное количество традиционного топлива, за счет потребления которого ведется удовлетворение потребностей человечества в энергии (рис. 1). Мировое сообщество энергетиков регулярно проводит мониторинг касательно вопроса нехватки природных ресурсов, однако при отсутствии изменений в данной области прогнозы специалистов неутешительны1. И пока одна часть инженеров и изобретателей разрабатывают новейшие де-вайсы и электронные устройства, способные облегчить нашу жизнь, другая часть специалистов совместно с учеными занимаются созданием инновационных приборов и устройств, которые будут работать на базе альтернативных источников энергии.

Альтернативная энергетика представляет собой совокупность способов получения энергии при использовании возобновляемых источников энергии. В основном к возобновляемым источникам энергии относятся природные неисчерпаемые ресурсы: электромагнитное излучение Солнца, кинетическая энергия ветра, движение воды в реках, морях и океанах, тепловая энергия горячих источников энергии, например вулканов, гейзеров и др. Данная отрасль является перспективной по нескольким причинам:

1) при выработке энергии за счет перечисленных ранее источников наносится минимальный вред окружающей среде;

2) многие виды альтернативной энергетики используют источники, количество которых не имеет ограничения.

Одним из наиболее распространенных альтернативных источников энергии является ветер1 [1-3]. В связи с неравномерностью нагрева земной поверхности и воздушных масс за счет солнечной энергии возникает перемещение воздушных масс: нагретый воздух, имеющий меньшую плотность, перемещается как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях. Постоянные перемещения воздушных масс непосредственно в горизонтальном направлении — и есть ветер, который обладает кинетической энергией. С помощью специализированных установок запасы данной энергии можно преобразовать в механическую [1, 3]. Созданием подобных устройств и занимаются проектировщики ветроустановок.

1 ГОСТ Р 51237-98. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения.

Рис. 1. Потребление энергии Fig. 1. Power consumption

МЕТОДЫ

Ветродвигатели работают за счет аэродинамических сил, возникающих на лопастях ветроколеса при набегании на них воздушного потока [1, 4-6]. Так же, как и на крыльях самолета, на лопастях ветроколеса возникают подъемная сила и сила сопротивления поверхности. Подъемная сила создает вращающий момент на ветроколесе.

Для того чтобы более результативно использовать энергию ветра, лопастям ветроколеса придают аэродинамический профиль [4, 7].

На рис. 2 видно, что лопасти располагаются под углом по отношению к направлению ветра. Такой угол называется углом атаки. Важно понимать, что при одинаковом исполнении лопастей максимальная мощность ветродвигателя практически не зависит от количества лопастей. Это объясняется тем, что с уменьшением числа лопастей уменьшается вращающий момент, но одновременно увеличиваются обороты ветроколеса. Поэтому многолопастные конструкции достигают своей максимальной мощности при скорости ветра 8-10 м/с, при более высоких скоростях ветрах мощность не увеличивается. Малолопастные (быстроходные) ветроустановки рассчитаны на скорость ветра 15-18 м/с.

Ветроустановки могут быть классифицированы по многим признакам [4, 5, 8-11]. Одним из основных таких признаков является ориентация оси вращения установки относительно ветрового потока.

Ветроустановки с горизонтальной осью вращения получили наибольшее распространение [6, 7]. Они бывают как тихоходные (многолопастные или парусные), так и быстроходные (двух- или трехлопастные).

Быстроходные ветроустановки следует выбирать для местности со среднегодовой скоростью ветра от 7 м/с и выше. В районах, где скорость ветра более низкая, предпочтительно устанавливать тихоходные ветряки.

На территории России в большинстве случаев наиболее применимы тихоходные ветроустановки [8, 12-14].

Самые лучшие из них — парусные ВЭУ (рис. 3). Эта установка начинает вырабатывать электричество уже при скорости ветра от 2,5 м/с. Оригинальная конструкция ветроколеса позволяет обходиться без флюгера или других устройств ориентирования на ветер [11, 13].

Лопасти Вал от лопастей Коробка скоростей Вал от генератора

Энергия Генератор (Q Датчик

9

т

Поворотный механизм Передача энергии к трансформатору

КГ

V •

Рис. 2. Устройство ветрогенератора Fig. 2. Wind generator device

Рис. 3. Ветроустановки с горизонтальной осью вращения Рис. 4. Ветроустановки с вертикальной осью вращения Fig. 3. Horizontal axis wind turbines Fig. 4. Vertical axis wind turbines

Ветроустановки с вертикальной осью вращения (рис. 4) менее популярны, но вполне заслуживают отдельного внимания. В некоторых случаях они более актуальны. Вертикальные ВЭУ также бывают быстроходные и тихоходные.

Классический пример вертикального тихоходного ветряка — это ветроустановка карусельного типа.

Еще один тип вертикально осевых установок — ортогональные [14-16]. Основная особенность таких установок — необходимость принудительного запуска. Лопасти этой конструкции имеют профиль такой же, как у крыла самолета, который должен сначала разбежаться до того, как опереться на подъемную силу крыла. В случае с ортогональной ветроустановкой ее сначала необходимо раскрутить до необходимой скорости для того, чтобы она перешла в режим генерации.

Существуют ортогональные ветрогенераторы и с горизонтальной осью вращения [11, 17].

Кроме того, можно выделить несколько основных способов передачи мощности ветра потребителю (электрогенератор):

1) механическая передача — передача крутящего момента от вращающихся лопастей к потребителю производится через общую ось вращения (либо механической системы мультипликаторов). Данная схема является наиболее распространенной за счет своей простоты и большого показателя КПД, который может достигать 0,85…0,95. Недостатком же является необходимость использования мультипликатора и передача колебаний с лопастей ВЭУ на вал потребителя [18, 19];

2) гидравлическая передача — может иметь различные конструктивные модификации, однако зачастую представляет из себя совокупность механической передачи с небольшим передаточным отношением и гидропередачи;

3) пневматическая передача — основана на принципе работы разделенной гидропередачи — энергия к потребителю передается в виде потенциальной энергии перепада давления воздуха в пневмотрассе;

4) аэродинамическая передача, которой обычно называют схему с расположением небольших вторичных ветродвигателей на концах лопастей основного ветроколеса. Вторичные ветродвигатели обтекаются потоком, имеющим гораздо большую скорость по сравнению со скоростью атмосферного ветра.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

Необходимо подчеркнуть, что ветроэнергетика обладает большим потенциалом развития во всем мире, и в России в частности [1, 3, 20-22]. Это связано с огромной территорией страны, в том числе, во-первых, с различными климатическими зонами (рис. 5), а во-вторых, с отсутствием централизованного электроснабжения по причине больших расстояний между населенными пунктами [23, 24]. Именно в силу второго пункта наиболее актуально для России применение автономных ветровых электростанций.

Экономически выгодна установка ветроэлектрических станций: ветротурбин, объединенных групп (рис. 6). Их мощность колеблется от сотен киловатт до сотен мегаватт. Ветроустановки большой мощности не предназначены для автономной работы или работы параллельно друг с другом.

Хорошими ветровыми условиями в России обладают следующие субъекты Российской Федерации [23, 25]: Архангельская, Астраханская, Волгоградская, Калининградская, Камчатская, Ленинградская, Магаданская, Мурманская, Новосибирская, Пермская, Ростовская, Сахалинская, Тюменская области, Краснодарский, Приморский, Хабаровский края, Дагестан, Калмыкия, Карелия, Коми, Ненецкий автономный округ, Хакасия, Чукотка, Якутия, Ямало-Ненецкий автономный округ.

Важно отметить, что благодаря применению ветроэнергетических установок появляется возможность сделать окружающую среду чистой, так как ветрогенераторы компенсируют выброс углекислого газа, связанный с его производством, установкой и утилизацией уже за первые 3-9 месяцев работы [7, 13, 26-28]. Это означает, что в последующие 20 лет энергия будет чистой. Учеными подсчитано, что к 2020 году ветроэнергетика позволит человечеству сократить выбросы СО2 на миллиард тонн в год [22, 29, 30].

Рис. 5. Ветровая карта России Fig. 5. Wind Map of Russia

Savonius VAWT Рис. 6. Виды ветроустановок Fig. 6. Types of wind turbines

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании вышесказанного можно сделать следующие положения о ветровой энергетике: 1) использование энергии ветра позволит сократить выбросы углекислого газа;

2) при грамотном планировании работы по выработке энергии ветра можно увеличить объем получаемой энергии до 30 % мирового электричества;

3) ветровая энергия является наиболее доступной альтернативной энергией;

4) ветрогенератор компенсирует выброс углекислого газа, связанный с его производством.

ЛИТЕРАТУРА

1. Янсон Р.А. Ветроустановки / под ред. М.И. Осштова. М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 36 с.

2. Андреева Е.В. Ветроустановка для зон средних географических широт с умеренно-континентальным климатом // Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. 2005. № 1. С. 25.

3. Кончаков Е.И., Грибков С.В., Долгорук В.М. Безопасная ветроустановка // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2005. № 3 (23). С. 66-67.

4. Жарков С.В. Ветроустановка с наклонной осью // Тяжелое машиностроение. 2007. № 10. С. 6-9.

5. Серебряков Р.А. Ветроустановка с вихревым преобразователем потоков сплошной среды // Евразийский союз ученых. 2016. № 1-2 (22). С. 122-129.

6. Кочкорова М.Б., Белекова Б. Т., Белеков Б.Т. Расчет идеального ветряка // Вестник Жалал-Абадского государственного университета. 2018. № 1 (36). С. 65-71.

7. Елистратов В.В. Возобновляемая энергетика. 3-е изд., доп. СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2016. 421 с.

8. Серебряков Р.А., Доржиев С.С., Базарова Е.Г. Современное состояние, проблемы и перспективы развития ветроэнергетики // Вестник ВИЭСХ. 2018. № 1 (30). С. 89-96.

9. Вийтович О.И. Новые источники электроэнергии // Аспирант. Приложение к журналу Вестник Забайкальского государственного университета. 2010. № 2 (8). С. 107-111.

10. Суравков И.А., Лаурин Д.В., Гусакова М.А., Гусева А.М. Оценка экологического и энергетического потенциала применения ветроэнергетики в России // Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности и экологии : сб. науч. тр. и мат. III Междунар. науч.-практ. конф. с науч. шк. для мол. Тверь : Тверской государственный технический университет, 2017. С. 327-330.

11. Грозных В.А. Проблемы надежности электроснабжения от ветроэнергетических установок // Главный энергетик. 2017. № 8. С. 67-75.

12. Синеглазов В.М., Швалюк И.С. Classification of vertical-axis wind power plants with rotary Blades // Електрошка та системи управлшня. 2017. № 3 (53). С. 84-87. DOI: 10.18372/1990-5548.53.12147

13. Лукашин П.С., Мельникова В.Г., Стрижак С.В., Щеглов Г.А. Методика решения задач аэроупругости для лопасти ветроустановки с использованием СПО. Труды ИСП РАН, 2017. Т. 29. Вып. 6. C. 253-270. DOI: 10.15514/ ISPRAS2017-29(6)-16

14. АуесжановД.С., Орынбаев С.А. Функционирование систем регулирования и оптимального управления параметрами ВЭУ малой мощности // Знание. 2018. № 1-1 (53). С. 21-25.

15. Лятхер В.М. Ортогональные ветроустановки с высокими КПД и мощностью // International Scientific Journal Life and Ecology. 2017. № 1-2 (7-8). С. 39-40.

16. Гильманова А.А., Нафиков И.Р. Разработка установки альтернативного источника энергии // Агроинженер-ная наука XXI века : сб. науч. тр. региональной науч.-практ. конф. Казань : Казанский государственный аграрный университет, 2018. С. 65-68.

17. Сушков С.Л., Рудаков А.И. Анализ ветроэнергетической электроустановки парусного типа // Интеллектуальный и научный потенциал XXI века : сб. мат. Междунар. (заоч.) науч.-практ. конф. Нефтекамск : Научно-издательский центр «Мир науки», 2017. С. 86-88. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=29201500

18. Чудинов Д.М., Боева А.С., Бобина Н. С., Сокур Е.Г. Уровень развития ветроэнергетики в мире // Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации. 2017. № 2 (7). С. 34-39.

19. Валентей О.А., Артамонова Е.Ю., Шепелев А.О. Основные типы ветроустановок // Актуальные вопросы энергетики : мат. Междунар. науч.-практ. конф. Омск : Омский государственный технический университет, 2017. С. 111-114.

20. Верзилин А.А., Немова А.А. Ветровая энергетика и ее перспективы // Современные технологии в мировом научном пространстве : сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. : в 6 ч. Ч. 3. Уфа : АЭТЕРНА, 2017. С. 44-47.

21. Грибков С.В. Современное состояние малой ветроэнергетики // Новое в российской электроэнергетике. М. : Информационное агентство «Энерго-пресс», 2017. № 7. С. 58-74.

22. ДенисовР.С., Елистратов В.В., ГзенгерШ. Ветроэнергетика в России: возможности, барьеры и перспективы развития // Научно-технические ведомости СПбПУ Естественные и инженерные науки. 2017. Т. 23. № 2. С. 17-27. DOI: 10.18721/JEST.230202

23. Ким Ю.М., Кузнецова С.Э., Мустапинова Ю.Б. Альтернативная энергетика будущего // Труды Университета. 2016. № 3 (64). С. 92-95.

24. Чабанный А.А. Ветроэнергетические установки-преобразователи энергии // Молодежь в науке: новые аргументы : сб. науч. работ V междунар. молодежного конкурса. Липецк : Научное партнерство «Аргумент», 2016. С. 223-228.

25. Проценко П.П., Астахов В.А. Использования ветрогенерирующей установки в условиях Амурской области // Энерго- и ресурсосбережение в теплоэнергетике и социальной сфере : мат. Междунар. науч.-техн. конф. студ., асп., уч. Челябинск : Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), 2016. № 4 (1). С. 197-200.

26. Абдимуратов Ж.С., Темирбаева Н.Ы., Нарымбетов М.С. Энергообеспечение сельского хозяйства от возобновляемых источников энергии // Вестник Кыргызского национального аграрного университета им. К.И. Скрябина. 2014. № 2 (31). С. 214-217.

27. Дайчман Р.А. Эффективность выбора современных ветрогенераторов // Апробация. 2015. № 12 (39). С. 24-26.

28. Serebryakov R.A., Dorjev S.S., Bazarova E.G. Problems and prospects of wind energy development // Modern Science. 2016. No. 9. Pp. 9-17.

29. Миллер Р.Ф. Способ повышения эффективности работы ветродвигателя // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2014. № 8 (126). С. 35-38.

30. Карташова А.А., Гарипов Н.Л., Малолетков П.А., Ильин В.К., Новиков В.Ф. Сравнение нестандартных конструкций ветроэнергетических установок // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2014. № 1 (20). С. 7-15.

REFERENCES

1. Janson R.A. Vetroustanovki [Wind turbines]. Moscow, Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2007. 36 p. (In Russian)

2. Andreeva E.V. Vetroustanovka dlya zon srednikh geograficheskikh shirot s umerenno-kontinental’nym klimatom [Wind turbine for zones of middle geographic latitudes with a temperate continental climate]. Inzhenerno-tekhnicheskoe obes -pechenieAPK. Referativnyy zhurnal [Engineering and Technical Support of the Agroindustrial Complex. Review Journal]. 2005. No. 1. P. 25. (In Russian)

3. Konchakov E.I., Gribkov S.V, Dolgoruk V.M. Bezopasnaya vetroustanovka [Save wind turbine]. Mezhdunarodnyy nauchnyy zhurnalAl ‘ternativnaya energetika i ekologiya [International Scholarly journal Alternative Energy and Ecology] . 2005. No. 3 (23). Pp. 66-67. (In Russian)

4. Zharkov S.V. Vetroustanovka s naklonnoy os’yu [Wind turbine with an inclined axis]. Tyazheloe mashinostroenie [Russian Journal of Heavy Machinery]. 2007. No. 10. Pp. 6-9. (In Russian)

5. Serebryakov R.A. Vetroustanovka s vikhrevym preobrazovatelem potokov sploshnoy sredy [Wind turbine with the vortex converter continuum]. Evraziyskiy soyuz uchenykh [Eurasian Union of Scientists]. 2016. No. 1-2 (22). Pp. 122-129. (In Russian)

6. Kochkorova M.B., Belekova B.T., Belekov B.T. Raschet ideal’nogo vetryaka [Calculation of the ideal wind]. Vestnik Zhalal-Abadskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of Jalal-Abad State University]. 2018. No. 1 (36). Pp. 65-71. (In Russian)

7. Elistratov VV Vozobnovlyaemaya energetika [Renewable Energy]. 3rd ed., suppl. Saint Petersburg, Izd-vo Politehn. un-ta, 2016. 421 p. (In Russian)

8. Serebryakov R.A., Dorzhiev S.S., Bazarova E.G. Sovremennoe sostoyanie, problemy i perspektivy razvitiya vetro-energetiki [State of the art, problems and prospects of wind energy development]. Vestnik VIESKh [Viesh Institute’ Herald]. 2018. No. 1 (30). Pp. 89-96. (In Russian)

9. Vijtovich O.I. Novye istochniki elektroenergii [New resources of electrical power]. Aspirant. Prilozhenie kzhurnalu Vestnik Zabaykal ‘skogo gosudarstvennogo universiteta [Graduate student. Supplement to the journal Bulletin of Transbaikal State University]. 2010. No. 2 (8). Pp. 107-111. (In Russian)

10. Suravkov I.A., Laurin D.V., Gusakova M.A., Guseva A.M. Otsenka ekologicheskogo i energeticheskogo potentsiala primeneniya vetroenergetiki v Rossii [The assessment of the environmental and energy potential the use of wind energy in Russia]. Aktual’nyeproblemy bezopasnosti zhiznedeyatel’nosti i ekologii: sbornik nauchnykh trudov i materialov IIIMezh-dunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii s nauchnoy shkoloy dlya molodezhi [Current Problems of Life Safety and Ecology : Collection of Scientific Papers and Materials of the III International Scientific Practical Conference with a scientific school for young people]. Tver, Tverskoy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet, 2017. Pp. 327-330. (In Russian)

11. Groznyh VA. Problemy nadezhnosti elektrosnabzheniya ot vetroenergeticheskikh ustanovok [Problems of reliability of power supplyfrom wind power installations]. Glavnyy energetic [Chief Power Engineer]. 2017. No. 8. Pp. 67-75. (In Russian)

12. Sineglazov V.M., Shvaljuk I.S. Classification of vertical-axis wind power plants with rotary Blades. Elektronika ta sistemi upravlinnya [Electronics and Control Systems]. 2017. No. 3. Pp. 84-87. DOI: 10.18372/1990-5548.53.12147

13. Lukashin P.S., Melnikova VG., Strijhak S.V., Shcheglov G.A. Metodika resheniya zadach aerouprugosti dlya lo-pasti vetroustanovki s ispol’zovaniem SPO [The method of solving aeroelasticity problems for wind blade using open source software]. Trudy ISP RAN [Proc. ISP RAS]. 2017. Vol. 29. Issue 6. Pp. 253-270. DOI: 10.15514/ISPRAS2017-29(6)-16 (In Russian)

14. Aueszhanov D.S., Orynbaev S.A. Funktsionirovanie sistem regulirovaniya i optimal’nogo upravleniya parametrami VEU maloy moshchnosti [The functioning of the control systems and optimal control parameters of wind energy installations of low power]. Znanie [Knowledge]. 2018. No. 1-1 (53). Pp. 21-25. (In Russian)

15. Ljather V.M. Ortogonal’nye vetroustanovki s vysokimi KPD i moshchnost’yu [Orthogonal units to use energy of flows with the highest efficiency and power]. International Scientific Journal Life and Ecology. 2017. No. 1-2 (7-8). Pp. 39-40. (In Russian)

16. Gilmanova A.A., Nafikov I.R. Razrabotka ustanovki al’ternativnogo istochnika energii [Development of analternative energy source]. Agroinzhenernaya nauka XXI veka : sbornik nauchnye trudy regional’noy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Agro-engineering Science of the XXI Century : Proceedings of the regional scientific-practical conference]. Kazan, Kazan State Agrarian University, 2018. Pp. 65-68. (In Russian)

17. Sushkov S.L., Rudakov A.I. Analiz vetroenergeticheskoy elektroustanovki parusnogo tipa [Analysis of wind power station electric installation of sailing type]. Intellektual’nyy i nauchnyy potentsial XXI veka : sbornik materialov Mezh-dunarodnoy (zaochnoy) nauchno-prakticheskoy konferentsii [The Intellectual and Scientific Potential of the XXI Century : a collection of materials of the International (correspondence) scientific-practical conference.]. Neftekamsk, Nauchno-izdatel’skiy tsentr «Mir nauki», 2017. Pp. 86-88. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=29201500 (In Russian)

18. Chudinov D.M., Boeva A.S., Bobina N.S., Sokur E.G. Uroven’ razvitiya vetroenergetiki v mire [Development of wind energy in the world]. Gradostroitel’stvo. Infrastruktura. Kommunikatsii [Town planning. Infrastructure. Communications]. 2017. No. 2 (7). Pp. 34-39. (In Russian)

19. Valentey O.A., Artamonova E.Yu., Shepelev A.O. Osnovnye tipy vetroustanovok [Main types of windways]. Aktual’nye voprosy energetiki : materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Actual issues of energy: materials of the International Scientific and Practical Conference]. Omsk, Omskiy gosudarstvennyy tekhnicheskiy univer-sitet, 2017. Pp. 111-114. (In Russian)

20. Verzilin A.A., Nemova A.A. Vetrovaya energetika i ee perspektivy [Wind energy and its perspectives]. Sovremennye tekhnologii v mirovom nauchnom prostranstve : sbornik statey Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Modern technologies in the global scientific space: a collection of states of the International Scientific and Practical Conference]. 6 parts. Part 3. Ufa, AETERNA Publ., 2017. Pp. 44-47. (In Russian)

21. Gribkov S.V. Sovremennoe sostoyanie maloy vetroenergetiki [The current state of small wind power]. Novoe v ros-siyskoy elektroenergetike [New in the Russian electric power industry]. Moscow, Information Agency «Energy Press», 2017. No. 7. Pp. 58-74. (In Russian)

22. Denisov R.S., Elistratov V.V, Gsaenger S. Vetroenergetika v Rossii: vozmozhnosti, bar’ery i perspektivy razvitiya [Wind power in Russia: opportunities, barriers and prospects]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbPU. Estestvennye i inzhenernye nauki [St. Petersburg polytechnic university journal of engineering sciences and technology]. 2017. No. 23 (2). Pp. 17-27. DOI: 10.18721/JEST.230202 (In Russian)

23. Kim Yu.M., Kuznecova S.E., Mustapinova Ju.B. Al’ternativnaya energetika budushchego [Alternative energy of the future]. Trudy Universiteta [Proceedings of the University]. 2016. No. 3 (64). Pp. 92-95. (In Russian)

24. Chabannyj A.A. Vetroenergeticheskie ustanovki-preobrazovateli energii [Wind power plants-converters of energy]. Molodezh’ v nauke: novye argumenty : sbornik nauchnykh rabot V mezhdunarodnogo molodezhnogo konkursa [Youth in science: new arguments : collection of scientific papers of the V International Youth Competition]. Lipetsk, Nauchnoe part-nerstvo «Argument», 2016. Pp. 223-228. (In Russian)

25. Procenko P.P., Astahov VA. Ispol’zovaniya vetrogeneriruyushchey ustanovki v usloviyakh Amurskoy oblasti [Use of wind-generating installation in the conditions of the Amur region]. Energo- i resursosberezhenie v teploenerge-tike i sotsial’noy sfere : materialy Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii studentov, aspirantov, uchenykh [Energy and resource saving in heat and power engineering and social sphere : materials of the International scientific and technical conference of students, graduate students, scientists]. Chelyabinsk, Yuzhno-Ural’skiy gosudarstvennyy universitet (natsional’nyy issledovatel’skiy universitet), 2016. No. 4 (1). Pp. 197-200. (In Russian)

26. Abdimuratov Zh.S., Temirbaeva N.Y., Narymbetov M.S. Energoobespechenie sel’skogo khozyaystva ot vozob-novlyaemykh istochnikov energii [Energy supply of agriculture from renewable energy sources]. Vestnik Kyrgyzskogo natsional’nogo agrarnogo universiteta im. K.I. Skryabina [Bulletin of the Kyrgyz National Agrarian University. K.I. Scria-bin]. 2014. No. 2 (31). Pp. 214-217. (In Russian)

27. Daychman R.A. Effektivnost’ vybora sovremennykh vetrogeneratorov [Efficiency of the choice of modern wind generators]. Aprobatsiya [Approbation]. 2015. No. 12 (39). Pp. 24-26. (In Russian)

28. Serebryakov R.A., Dorjev S.S., Bazarova E.G. Problems and prospects of wind energy development. Modern Science. 2016. No. 9. Pp. 9-17.

29. Miller R.F. Sposob povysheniya effektivnosti raboty vetrodvigatelya [A method to increase performance of the wind motor]. Energosberezhenie. Energetika. Energoaudit [Energy saving. Power engineering. Energy audit]. 2014. No. 8 (126). Pp. 35-38. (In Russian)

30. Kartashova A.A., Garipov N.L., Maloletkov P. A., Ilin VK., Novikov V.F. Sravnenie nestandartnykh konstruktsiy vetroenergeticheskikh ustanovok [Comparing nonstandart constructions of wind-power installations]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta [Bulletin of Kazan State Energy University]. 2014. No. 1 (20). Pp. 7-15. (In Russian)

Поступила в редакцию 10 декабря 2018 г. Принята в доработанном виде 16 января 2019 г. Одобрена для публикации 12 февраля 2019 г.

Received December 10, 2018.

Adopted in final form on January 16, 2019.

Approved for publication February 12, 2019.

Об авторах: Грибач Юлия Сергеевна — инженер учебно-научно-производственной лаборатории по аэродинамическим и аэроакустическим испытаниям строительных конструкций, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];

Егорычев Олег Олегович — научный сотрудник учебно-научно-производственной лаборатории по аэродинамическим и аэроакустическим испытаниям строительных конструкций, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];

Кургузова Евгения Вадимовна — студентка, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected]

About the authors: Julia Sergeevna Gribach — engineer, Educational Research and Production Laboratory of Aerodynamic and Aeroacoustic Tests of Buildng Construction (UNPL AAISK), Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 129337, Moscow, Yaroslavskoe shosse, 26, Russian Federation, [email protected];

Oleg Olegovich Egorychev — researcher, Educational Research and Production Laboratory of Aerodynamic and Aeroacoustic Tests of Buildng Construction (UNPL AAISK), Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 129337, Moscow, Yaroslavskoe shosse, 26, Russian Federation, [email protected];

Evgenia Vadimovna Kurguzova — student, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 129337, Moscow, Yaroslavskoe shosse, 26, Russian Federation, [email protected]

Энергия ветра. Истоки и реальность

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Альтернативные источники энергии

В условиях постоянного ухудшения экологической обстановки на планете человечество вынуждено искать альтернативные источники энергии. Все больше стран делают выбор в их пользу. Конечно, перестраивать энергетическую инфраструктуру — затратное дело, но стоит рассматривать этот процесс как вклад в будущее всей планеты.

Что такое альтернативная энергия?

Энергию можно разделить на два больших класса: невозобновляемая и возобновляемая. К первой категории относится использование таких энергоносителей, как нефть и каменный уголь. Рано или поздно из запасы на планете будут исчерпаны. К тому же, их применение связано с выбросами в атмосферу углекислого газа и глобальным потеплением. Возобновляемые, или альтернативные источники энергии — неисчерпаемые ресурсы, например, ветер или солнечный свет. Их применение имеет меньше «побочных эффектов», а риск истощения запасов отсутствует полностью. В наши дни большая часть энергии вырабатывается за счет сжигания нефти и газа, а также благодаря работе атомных электростанций. Все эти источники потенциально опасны для окружающей среды. Поэтому востребованной становится альтернативная энергетика, позволяющая получать энергию более экологичным способом, наносящим минимальный вред окружающей среде.

Энергия ветра

Ветровая энергетика — преобразование энергии движущихся воздушных масс в электричество, которое может быть использовано потребителем. Подсчитано, что запасов ветровой энергии в 100 раз больше, чем энергетических запасов всех рек нашей планеты. Основа установки для получения энергии — ветровые генераторы и ветровые мельницы. Особенно развит этот способ в Германии, Дании и Ирландии.

Основные плюсы ветровой энергетики — экологичность и низкая стоимость получаемой энергии. Но есть и существенный минус. Предсказать силу ветра невозможно, она непостоянна и зависит от множества факторов. Поэтому приходится использовать дополнительные источники получения энергии. Есть у ветрогенераторов еще одно неприятное свойство: они могут вызывать радиопомехи. Наконец, ветровая энергетика может потенциально оказывать влияние на климат планеты, так как ветрогенераторы забирают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс. Однако ученые все еще не могут определить, насколько выраженным может быть это влияние и приведет оно к позитивным или негативным последствиям.

Сила воды

Основа гидроэнергетики — преобразование энергии водных масс в электричество. В качестве примера можно привести гидроэлектростанции, которые устанавливаются на крупных реках. Движущаяся вода воздействует на лопасти турбины, вращая их. Возникающая во время вращения энергия и преобразуется в электричество. Строительство ГЭС обходится государству очень дорого. Однако затраты быстро окупаются, так как цена полученной энергии получается сравнительно низкой (например, по сравнению с атомными электростанциями).

Строить гидроэлектростанции можно только на реках, которые никогда не пересыхают и имеют быстрое течение. Для возведения ГЭС необходимо обустроить плотину, позволяющую добиться определенного напора воды.

В России доля электрической энергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями, составляет около 20% от всей энергетической генерации, а суммарная мощность всех ГЭС составляет 48085 МВт. В последние годы появилась идея использовать энергию приливов. Строятся приливные станции, преобразующие кинетическую энергию движущейся морской воды. В России самая крупная приливная электростанция функционирует в Мурманской области. Ее установленная мощность достигает 1,7 МВт. Наконец, есть способы генерации энергии из волн.

Эффективными оказались только три из них: поплавки, искусственные атоллы и подводные камеры. Такие электростанции передают кинетическую энергию по кабелю на станцию, где происходит выработка электричества. Есть у волновой энергетики два недостатка. Себестоимость полученное энергии довольно высока, а позволить себе обустройство станции могут только страны, имеющие продолжительную береговую линию. По этой причине этот вид используется редко.

Геотермальная энергетика

Наша планета вырабатывает большое количество тепла. Для получения энергии, в частности, используются геотермальные источники, располагающиеся в сейсмически опасных территориях и вулканических районах. Горячая вода может быть использована для непосредственного отопления зданий. Также ее перерабатывают в электроэнергию при вращении горячим паром турбины, идущей к генератору. Больше всего таких станций во Франции, Мексике и Америке.

Энергия осмотической диффузии

Этот вид альтернативной энергии стал разрабатываться сравнительно недавно. Осмотические электростанции устанавливаются в устьях рек и извлекают энергию из энтропии жидкостей в процессе взаимодействия соленой и пресной воды. Когда концентрация солей выравнивается, возникает избыточное давление, благодаря которому вращаются лопасти турбины. Пока в мире существует только одна осмотическая электростанция, функционирующая в Норвегии.

Биотопливо

Биотопливо производится из органических продуктов, в процессе переработки которых получается электрическая энергия. Выделяют твердое и жидкое биотопливо. К первой группе относятся дрова, топливные брикеты. Жидкое биотопливо — это биодизель, биобутанол, диметиловый эфир и т. д. Топливо можно получать непосредственно из биомассы (остатков растительного и животного происхождения), которые во время брожения выделяют горючий газ. Такие биогенераторы устанавливаются в сельских местностях. В России в последние годы построено множество заводов, которые перерабатывают древесные отходы в топливные брикеты и пеллеты, применяемые как топливо для различных видов котлов.

Гравитационная энергетика

Гравитационная энергетика — преобразование потенциальной энергии гравитационного поля планеты в электроэнергию. На данный момент уже разработан проект гравитационной электростанции, которая представляет собой подъемный кран со стрелами. Двигатели приходят в действие, когда опускаются блоки. Подъем блоков осуществляется, когда в сеть поступает избыток энергии.

Солнечная энергия, солнечные электростанции

Солнечную энергию преобразуют в электрическую посредством солнечный батарей. Удивительно, но всей планете на год хватило бы энергии, которую Солнце отправляет на Землю в течение одного дня. При этом выработка электроэнергии солнечными батареями не превышает 2% от общего количества. Однако солнечная энергия — одна из самых экологичных, безопасных и недорогих по себестоимости.

Пожалуй, единственным недостатком солнечной энергии является зависимость ее получения от времени суток и погодных условий. В северных странах строительство солнечных электростанция экономически невыгодно. По крайней мере, на данном этапе: ученые не исключают, что удастся создать солнечные батареи, которые будут улавливать фотоны даже в пасмурные дни.

Есть еще одна проблема: фотоэлементы необходимо вовремя утилизировать, так как в них содержатся мышьяк, галлий и свинец. Далеко не все страны могут позволить себе создание производств по переработке отработанных солнечных батарей. Наиболее широкое распространение солнечное электричество получает там, где оно обходится дешевле всех других видов. Например, солнечные электростанции устанавливаются на отдаленных фермерских участках, на комических станциях. Используется оно и в странах, где высока себестоимость других видов энергии. В качестве примера можно привести Израиль, где примерно 90% воды нагревается за счет энергии Солнца.
Солнечные батареи в последние годы активно используются для создания экологически безопасных автомобилей, самолетов и даже поездов. Солнечными батареями нередко оснащаются так называемые «умные дома», которые самостоятельно могут регулировать мощность установки в зависимости от потребностей обитателей жилья. В нашей стране солнечная энергетика получает все большее распространение в качестве резервного источника электрической энергии.

В России суммарная мощность электростанций, работающих на энергии Солнца, составляет 400,0 МВт. Проектируются новые станции, мощность которых будет составлять 850,0 МВт. Широко обсуждается проект создания космических солнечных электростанций. В открытом космосе преграды для солнечной радиации в виде атмосферного слоя отсутствуют. Поэтому возможен запуск на орбиту установок, оснащенных солнечными батареями, улавливающими энергию Солнца и пересылающих их на землю. КПД таких станций потенциально обещает быть приближенным к 100%, однако на данный момент их создание и запуск обойдется настолько дорого, что себестоимость энергии для потребителей получится слишком высокой.

Плюсы и минусы использования

Главными плюсами использования альтернативных источников энергии являются:

• возобновляемость ресурсов. Если поставить получение альтернативной энергии на поток, человечество никогда не столкнется с тем, что природные запасы исчерпают себя;

• экологическая безопасность. Альтернативная энергетика предполагает отсутствие опасных выбросов в окружающую среду;

• доступность по цене. На данный момент разработано множество способов получения альтернативной энергии. Поэтому любое государство может подобрать те варианты, которым наилучшим образом соответствуют его климатическим условиям.

Есть у альтернативной энергетики и минусы, затрудняющие ее широкое распространение:

• высокая стоимость необходимого оборудования. Не все государства могут позволить себе строительство и монтаж солнечных и ветровых электростанций;

• зависимость от внешних условий и климата. Солнечная энергия, которая признается наиболее перспективной, недоступна в странах с невысокой продолжительностью светового дня, сейсмическая и геотермальная энергия может быть получена лишь в вулканических, сейсмически нестабильных регионах и т.д.;

• небольшая мощность установок. Единственным исключением из этого правила являются гидроэлектростанции, мощность которых можно сравнить с аналогичным показателем АЭС;

• воздействие на климат. Даже альтернативные источники энергии оказывают воздействие на климатические условия. Например, высокий спрос на биотопливо может стать причиной уменьшения площади посевных площадей, а строительство плотин для гидроэлектростанций оказывает влияние на речные биотопы.

Перспективы в России

Россия может получать из ветра около 10% всей энергии и примерно 15% — за счет солнечного света. Однако широкого распространения альтернативные источники энергии в нашей стране не получают. Связано это с доступностью невозобновляемых ресурсов (нефти и газа). Отсутствует и экономическая стимуляция строительства альтернативных электростанций. Во многих странах Европы имеется стимулирующий тариф, по которому государство приобретает полученную альтернативными способами энергию. В России подобный тариф не введен. Тем не менее, в России успешно реализуется ряд проектов, связанных с альтернативной энергетикой. Например, в 2017 году в Химках был запущен проект по созданию Центра альтернативной энергетики. Задачей центра будет обеспечение энергией промышленных предприятий. В 2019 году в Мурманске начал строиться ветропарк, который начнет функционировать в 2021 году. Планируется, что мощность парка составит 201 МВт. Ученые уверены в том, что в ближайшие годы человечество вынуждено будет стремиться к полному переходу на альтернативные источники энергии. Это даст возможность сохранить планету для будущих поколений и избежать кризиса, связанного с исчерпанием невозобновляемых ресурсов. Согласно прогнозам, будущее энергетики связано с энергией Солнца и ветра. Остается надеяться на то, что людям удастся успеть научиться полностью обходиться возобновляемыми источниками энергии до момента, когда запасы нефти и газа на планете подойдут к концу.

© Компания «Реалсолар». Все права защищены. Перепечатка документа запрещена. Статья занесена в поисковые системы как уникальный текст.

Новое рождение ветроэнергетики — Возобновляемые источники энергии


Ветроэнергия — технология применения потов воздуха для производства электрической энергии — представляет собой самый быстрорастущий во всем мире источник электрической энергии. [1] Ветроэнергия производится массивными многолопастными ветротурбинами, монтируемых на самом верху высоких башен и работающими подобно вентиляторам, но в обратном порядке. Вместо того чтобы использовать электроэнергию для получения воздушного потока, турбины используют ветер для получения электричества.


Автономная ветроэнергетика в современных условиях российской действительности – это направление развития нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, в развитии которых так нуждается Россия. Огромная территория Российской федерации с численностью населения более 9 млн. человек не имеет централизованного электроснабжения. Использование предлагаемых технологий позволит снизить не менее чем 50 % потребление органического топлива на дизельных электростанциях. Внедрение таких технологий могло бы значительно снизить энергонапряженность, наблюдаемую в таких районах, как Приморский край, Сахалинская область, Камчатский край, Чукотский автономный округ. [13]


В общих чертах, устройство ветроэлектростанции выглядит следующим образом. Поток воздуха вращает лопасти, а лопасти крутят вал, который соединен с набором зубчатых колес, приводящих в действие электрогенератор. Крупные турбины для электроснабжения могут вырабатывать от 750 киловатт (киловатт = 1 000 ватт) до 1,5 мегаватт (мегаватт 1 миллиону ватт) электроэнергии. Для электроснабжения жилых комплексов, телекоммуникационных станций и в водяных насосов в качестве источника энергии применяются компактные одиночные ветряные турбины мощностью менее 100 киловатт. Это, прежде всего, характерно для отдаленных и труднодоступных районов, в которых отсутствует связь с энергосистемой общего пользования. [2]


В ветровых установках группы турбин связаны вместе, с целью выработки электроэнергии для энергосистем общего пользования. Электричество подается потребителям посредством ЛЭП и распределительных линий. 


Так и в нашем обсуждаемом вопросе о ветре. Если бы он дул постоянно с определённой силой и направлением, без порывов и остановок, — была бы идеальная ветроэлектростанция. Рассмотрим светлые и тёмные стороны характеристики этих сооружений.


Несомненные достоинства:


Такие электростанции по своей конструкции просты и понятны;


Получаем почти бесплатную электроэнергию;


Ветроэлектростанция экологически чистая и бесшумная;


Не требуется много проводов для доставки электроэнергии к месту потребления;


Совершенно безвредная установка для сохранения природного баланса;


Незаменимы в тех районах, где нельзя обеспечить доставку энергии обычным способом.


И досадные недостатки:


Ветер непостоянен и генератор работает неравномерно;


В любой момент, обычно самый неподходящий, может быть прекращена подача энергии;


Мощность ветряной электростанции используется не полностью;


Часто простаивает из-за отсутствия движения воздуха;


Ветроэлектростанции России не могут стать основой для энергопромышленности.


Для размещения ВЭС требуются большие, открытые всем ветрам, территории.


При всём кажущемся балансе плюсов и минусов, перевес всё же заметен в сторону ветряков. Их в России никак нельзя игнорировать.


Современные энергетические и коммунальные компании с целью стабильной работы систем энергообеспечения предпочитают в качестве основного источника выработки тока применять большие ветрогенераторные установки. По этой причине разработчики таких устройств, приложили много усилий, благодаря которым ветряки стали соответствовать не только техническим, но эстетическим и экономическим требованиям заказчиков. [5]


Отметим безопасность мегаватного ВЭУ. Ветрогенератор 1.5 МВатт на 690 Вольт с тремя лопастями и диаметром ветроколеса 70-87 метров относится к устройствам мегаваттного класса. Он был создан с учётом:


·                     применения всех существующих в настоящее время европейских норм и стандартов проектирования;


·                     использования строго контроля за качеством в процессе производства;


·                     норм, ограничивающих возможный шумовой уровень, который в процессе работы такого ВЭУ составляет в пределах 70db.


Полный вес турбины равен 61.500 килограммам. В случае приобретения этой ветряной электростанции в России, она способна будет вырабатывать электрический ток при условии полной безопасности для жизни и здоровью животных и людей. При помощи применения системы обеспечения безопасности возможна автоматическая молния и бурезащита. Такой ветряк не будет создавать помех вредных для работы бытовых устройств и электроприборов. В связи с этим нет необходимости в получении разрешения на его установку и эксплуатацию.


Работа ветряного генератора заключается в следующем. Он функционирует при средней скорости ветра, равной 13.5 м/сек. Если скорость увеличивается более 25 метров в секунду, то в этом случае срабатывают тормозящие лопасти. При скорости ветра меньшей 3,5 м/сек, такая ветровая установка электроэнергию не вырабатывает, потому что её лопасти крутиться не могут. Энергообеспечение строений электричеством в этом случае будет осуществляться при помощи накопленной во время работы мощных аккумуляторов энергии. [11]


Кроме того, такие мега ВЭУ оснащены:


·                     необходимыми датчиками, при помощи которых осуществляется регулировка скорости и направления движения ветра;


·                     системой, позволяющей изменить углы установленных лопастей;


·                     системой управления, которая способна работать при помощи микропроцессоров через сеть компьютеров;


·                     системой, при помощи которой осуществляется принудительный поворот лопастей в сторону ветра.


Применение в процессе производства таких ВЭУ высококачественных материалов позволяет таким ветряным электростанциям в России проработать по гарантии не менее 5-ти лет и минимум двадцать пять лет в любых условиях.


После установки мега ветрогенератор на 1.5 МВатт на 690 Вольт сможет ежегодно вырабатывать в пределах восьми миллионов кВт-часов электроэнергии при средней скорости ветра более девяти метров в секунду.


За последнее время объемы отрасли по производству электрической энергии из ветра возросли, благодаря проведению правительством политики поддержки этой индустрии и работе, проводимой исследователями в рамках программы МЭ по энергии ветра, в сотрудничестве с партнерами в этой отрасли с целью создания инновационных и менее дорогостоящих технологий, создания внутренней конкуренции и выявлению новых сфер применения энергии ветра. [9]


Рассмотрим различия между ветровой фермой или ветровой электростанцией и тепловыми электростанциями:


Вид используемого топлива. Тепловые электростанции работают на ископаемом топливе типа угля, также в качестве горючего применяется нефть. На атомных электростанциях применяют ядерное топливо, например, уран и торий. Все эти виды горючего очень дорогостоящие, и расходуются в огромных количествах каждый день. Ветровым электростанциям не требуется какого-либо горючего. Они используют доступный в большом количестве и бесплатный атмосферный ветер.


Способ выработки электроэнергии. На тепловых и атомных электростанциях в больших бойлерах топливо превращает воду в пар. Пар в турбинах расширяется, заставляя их вырабатывать электричество. На ветровых фермах устанавливаются ветровые турбины, содержащие вентиляторы. Ветер приводит в движение лопасти вентиляторов, что приводит к вращению вала. Вал направляет свой импульс к другому валу посредством редуктора. Выходной вал редуктора с большой скоростью вращается в генераторе, который производит электричество. На ветровых электростанциях нет нужды в дорогих бойлерах и топливе. Энергия производится за счет ветра. [3]


Ветер — это возобновляемая энергия. На тепловых электростанциях постоянно требуется свежее ископаемое топливо для производства пара. Использованное ископаемое топливо превращается в пепел и гарь, которые нельзя применить повторно. Ветер в ветровых электростанциях — возобновляемый источник энергии. Ветер, который приводит в движение лопасти вентиляторов, возвращается обратно в атмосферу и может быть использован для производства энергии повторно.


Размер электростанции. Тепловые электростанции оправдывают себя только при больших размерах. Ветроэлектростанции подходят как для производства малого, так и большого количества энергии. Чтобы увеличить мощность ветроэлектростанции, достаточно лишь добавить больше ветровых турбин. Увеличение мощности тепловой электростанции — очень недешевое предприятие. По сути, отдельные ветровые турбины можно установить в доме или офисе для выполнения ими своих задач. Но сложно себе представить тепловую электростанцию для бытовых нужд. Можно установить у себя дома ветровую турбину, но никак не тепловую или атомную электростанцию.


Стоимость произведенной энергии. В настоящее время стоимость электричества, произведенного ветряными фермами, составляет 5-10 центов на единицу электричества (один киловатт-час), что немного выше, чем стоимость энергии, вырабатываемой на обычных заводах. Постоянный рост цен на традиционное топливо для ТЭС и снижение себестоимости производства ветрогенераторов привет к тому, что процент электроэнергии полученной при помощи потоков воздуха резко увеличится. [12]


Загрязнение окружающей среды. Одной из главных причин загрязнения атмосферы в наши дни является выброс частиц и гари в результате сжигания ископаемого топлива на тепловых электростанциях. Ежедневно на них сжигаются тонны топлива, что способствует загрязнению окружающей среды в крупных масштабах. Ветер, используемый ветровыми турбинами, — природное топливо, которое не оказывает никакого влияния на окружающую среду, поэтому ветровые электростанции являются безвредным источником энергии. [8]


Хотелось бы вспомнить о конструкции ветрогенератора. Ротор (лопасти ветряной электростанции) — преобразует энергию ветра в энергию вращения. Большинство современных роторов ветровых турбин состоит из трех лопастей.


·                     Современные лопасти ветряных электростанций в диапазоне 30 метров в длину, как правило, изготовлены из армированного стекловолокном полиэстера или древесно-эпоксидной смолы. Скорость вращения лопастей от 12 до 24 оборотов в минуту на низкой скорости.


·                     Редуктор повышает скорость вращения вала с низкой скорости (приблизительно от 12 до 24 оборотов в минуту) до высокой скорости вращения (примерно 1000 — 3000 оборотов в минуту), и приводит в движение генератор. Некоторые современные ветряки имеют генератор, подключенный напрямую к лопастям.


·                     Генератор использует магнитные поля, чтобы преобразовать результирующую вращательную энергию в электрическую энергию.


·                     Анемометр и флюгер расположены на задней стороне корпуса ветровой турбины и измеряют скорость ветра. Собранная информация используется системой управления для того, чтобы вырабатывать максимальное количество энергии. Данные скорости ветра также используются для контроля работы и позволяют операционной системе начинать и останавливать турбину. Современная ветряная электростанция начинает вырабатывать энергию при скорости ветра от 4 м / с, и, выключается при скорости около 25 м / с. Механизм рыскания поворачивает ротор в преобладающее направление ветра.


·                     Башня ветрогенератора изготавливается из стальных труб, хотя решетчатые башни до сих пор используются в некоторых странах. Башни для современных ветровых электростанций бывают высотой от 60 метров до 100 метров.


·                     Трансформатор преобразует напряжение, которое требуется для электрической сети. Трансформатор может быть встроен в башню или расположен у основания башни.


Строительство ветряной электростанции производится следующим путем. Строительство ветряной электростанции может занять от 4 месяцев постройки одной башни ветрогенератора, до 2 лет — большой электростанции, состоящей из 20 и более турбин.


Расчётный срок работы ветрогенератора определен как 20-25 лет. Затем ветрогенераторы или меняются на новые или демонтируются полностью вся установка. Причем в прогрессивных странах демонтаж происходит самым тщательным образом — устраняются все следы человеческого вмешательства в природу, место установки через несколько лет полностью сливается с ландшафтом. [6]


Строительство ветряной электростанции включает следующие этапы:


·                     Временная строительная площадка — размером примерно 50 х 50 м.


·                     Из железобетона заливается фундамент ветряной башни. Бетонированная площадка (в том числе для стоянки автотранспорта), прилегающая к турбине — обеспечивает стабильную основу, на которой держится сама башня генератора.


·                     Здание контроля и управления — площадь примерно 6м х 6м, здание строится для размещения электрических распределительных устройств, приборов учета и т.д.


Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии пользуются огромной популярностью во всем мире. Стоит отметить, что крупнейшая интернет компания Google, также использует для своего оборудования энергию ветровых электростанций. В Австралии, США, Канаде, Европе энергия воздушных потоков используется на благо цивилизации. Страны, имеющие возможность устанавливать ветрогенераторы, наращивают потенциал ветровой энергии, возможно, что в Европе и Северной Америке в ближайшем будущем основным источником энергии станет сила ветра (сейчас этот показатель составляет от 20 до 40 %). [10]


Ветроэнергетика сохраняет лидирующие позиции в отрасли, по итогам 2009 года ее доля в секторе альтернативной энергетики составила 44%. В 2011 году были введены в эксплуатацию около 41 ГВт новых мощностей, в результате чего совокупная мощность ветряных электростанций в мире увеличилась на 21% и составила 238 ГВт. В настоящее время ветровые энергетические установки инсталлированы в 75 странах мира. Страны — лидеры по развитию ветроэнергетики: Китай (в 2011 году введено в эксплуатацию 62 ГВт мощностей), США, Индия, страны ЕС, Канада. В России за прошлый год было установлено около 6 ГВт генерирующих мощностей. На территории нашей страны в основном используются промышленные ветряные установки. С развитием отрасли появились новые интересные модели ветряных электростанций для дома, а также для группы частных домов. [4]


В каких случаях покупка ветрогенератора в России является экономически выгодным решением?


Рассматривать вопрос о приобретении ветроэнергетической установки целесообразно только тогда, когда средняя скорость ветра в вашем регионе составляет не менее 4 м/c.


Покупка ветряной электростанции для дома — оптимальное решение, если на объекте отсутствует централизованная подача электроэнергии, а стоимость проведения линий электропередач к жилому дому является неоправданно высокой.


Для коттеджных поселков, удаленных от центрального электроснабжения, возможен вариант использования ветроэнергетической установки повышенной мощности, которая сможет удовлетворять энергетические потребности сразу для группы домов.


Также приобретение ветрогенератора оправданно для дачных участков при отсутствии центральных источников энергоснабжения


На основании выше изложенного можно сделать вывод, что сегодня ветроэнергетика переживает новое рождение, т.к. наука не стоит на месте. Ограниченный запас традиционного топлива и возрастающие потребности в энергии создают почву для поиска альтернативных (возобновляемых) источников энергии. Как один из вариантов решения этой задачи является энергия ветра.


Благодаря тому, что Россия имеет огромную территорию и разные климатические зоны, развитию ветроэнергетики способствует большой технический потенциал. Из — за большого расстояния между населенными пунктами больше половины территории в России не имеют централизованного электроснабжения. Как вариант решения этой задачи можно рассматривать ветроэнергетику, перспективы развития которой большие. Возможно, в будущем Россия займет лидирующее положение по переработке энергии ветра.


 


Список литературы:


1.      http://1gw.blogspot.com/2008/07/blog-post_1989.html


2.      http://www.wetroenergetika.ru/index.php


3.      Global Wind Installations Boom, Up 31 % in 2009


4.      World Wind Energy Report 2010 (PDF).


5.      «Wind Energy Update» (PDF). Wind Engineering: 191–200.


6.      Impact of Wind Power Generation in Ireland on the Operation of Conventional Plant and the Economic Implications. eirgrid.com (February 2004).


7.      Design and Operation of Power Systems with Large Amounts of Wind Power», IEA Wind Summary Paper (PDF).


8.      Claverton-Energy.com (2009-08-28)


9.      Алексеев Б.А. Международная конференция по ветроэнергетике / Электрические станции. 1996. №2.


10. Безруких П.П. Экономические проблемы нетрадиционной энергетики / Энергия: Экон., техн., экол. 1995. №8.


11. Богуславский Э.И., Виссарионов В.И., Елистратов В.В., Кузнецов М.В. Условия эффективности и комплексного использования геотермальной солнечной и ветровой энергии // Международный симпозиум “Топливно-энергетические ресурсы России и др. стран СНГ». Санкт-Петербург, 1995.


12. Соболь Я.Г. «Ветроэнергетика» в условиях рынка (1992-1995 гг.) / Энергия: Экон., техн. экол. 1995. №11.


13. Перспективы развития ветроэнергетики в России. Салопихин Д.А., Омельченко Д.П., Чебанов К.А. Деловой журнал Neftegaz.RU. 2016. № 11-12. С. 50-54.


 

Альтернативная энергетика: солнце, воздух и вода

Постоянно повышающаяся потребность в энергии, новые, крайне прожорливые потребители электричества – гигантские дата-центры и электромобили для массового рынка – вынуждают человечество искать альтернативные источники энергии. Важно, чтобы они были не только высоко эффективными, но и экологически чистыми.

Отрасли нетрадиционной энергетики

К традиционным источникам электроэнергия относятся тепловые (уголь, газ, мазут), гидро- и атомные электростанции. Причем относительно «зелеными» считается лишь третий тип электростанций, тогда как два первых наносят ощутимый вред атмосфере и гидросфере соответственно.

Экологически чистые (опять-таки, относительно) солнечные, ветровые и геотермальные электростанции в ряде стран мира вырабатывают до половины электричества, но их до сих пор называют альтернативными. Кроме того, существует альтернативная гидроэнергетика, подразумевающая волновые, приливные и водопадные электростанции.

Самой же неоднозначной отраслью альтернативной энергетики является, пожалуй, биотопливо. На фоне вероятного глобального продовольственного кризиса засевать плодородные земли культурами, перерабатывающимися в биотопливо – преступление перед человечеством.

Но давайте же поговорим о каждой отрасли альтернативной энергетики по порядку.

Гелиоэнергетика

Солнечные электростанции (СЭС) – одни из самых распространенных на планете, так как используют неисчерпаемый источник энергии (солнечный свет). В процессе выработки электричества, а при необходимости еще и тепла для обогрева жилых помещений и подачи горячей воды, они не наносят никакого вреда окружающей среде. Но существует обратная сторона медали: утилизация отработавших свое солнечные батарей процесс затратный и уж точно не экологически чистый.

Солнечные панели зачастую встраивают прямо в крыши жилых домов

Сильно зависима гелиоэнергетика от погоды и времени суток: в дождливый день и, уж тем более, ночью электричество особо-то не покачаешь. Приходится запасаться аккумуляторными батареями, что удваивает стоимость установки солнечных панелей, например, на даче.

Лидерами в популяризации гелиоэнергетики являются Германия, Испания и Япония. Понятное дело, что преимущество тут имеют южные страны, где солнце жарко светит почти круглый год. Германия же традиционно занимает лидирующие позиции в альтернативной энергетике, поэтому даже на СЭС в этой в целом-то холодной стране делается большая ставка.

Солнечная ферма Охотниково: живописный Крым заблестел словно огромное зеркало

Приятно, что в вопросах гелиоэнергетики Украина не пасет задних. В Крыму находится сразу несколько крупных СЭС: Перово (мощность 100 МВт, 11 место в мировом рейтинге), Охотниково (80 МВт, 22 место) и Приозерная (55 МВт, 42 место). Безоговорочными же лидерами являются американские Агуа-Калиенте и Калифорнийская Долина, мощностью по 250 МВт каждая.

Мощнейшая в мире солнечная электростанция Агуа-Калиенте (штат Аризона)

Ветроэнергетика

Обуздало силу ветра человечество довольно-таки давно: ветряные мельницы много столетий верой-правдой служили для перемолки зерна в муку. Сейчас же пришло время найти «мельницам» новое применение – гигантские лопасти, гонимые силой ветра, способны вращать мощные генераторы и таким путем эффективно вырабатывать столь нужное электричество.

Ветрогенератор самостоятельно подстраивается под меняющееся направление ветра, свободно вращаясь на мачте

Тройку лидеров в мировой выработке электричества с помощью ветра составляют Китай, США и Германия. Если же сравнивать долю ветроэлекстростанций (ВЭС) в каждой конкретной стране, то лидируют Дания, Португалия и Испания. Тут опять-таки многое зависит от климатических условий: в одних странах ветер не утихает ни на секунду, в других наоборот большую часть времени стоит штиль. Украине в этом плане повезло не очень: погода у нас мягкая и маловетреная. Хотя еще в 30-х годах в Крыму была построена первая в мире промышленная ветроэлектростанция, а в 1934 г. под руководством Юрия Кондратюка (того самого, что рассчитал траекторию полета на Луну) разрабатывался проект постройки огромной 12-мегаваттной ветростанции на горе Ай-Петри с башней высотой 165 метров и двумя 80-метровыми турбинами, размещенными на двух уровнях.

Крупнейшая в мире ветровая электростанция London Array построена в море возле берегов Великобритании (630 МВт)

Есть у ветроэнергетики как веские преимущества, так и столь же веские недостатки. В сравнении с солнечными панелями «ветряки» стоят недорого и не зависят от времени суток, а потому частенько встречаются на дачных участках. Существенный минус у ветрогенераторов только один – они изрядно шумят. Установку такого оборудования придется согласовывать не только с родными, но и жителями близлежащих домов.

Геотермальная энергетика

В районах с вулканической активностью, где подземные воды нагреваются выше температуры кипения, рационально строить геотермальные теплоэлектростанции (ГеоТЭС). Пожалуй, самой известной страной, где широко применяются ГеоТЭС, является Исландия. Оно и не странно: кипяток и пар циркулирует по трубам круглый год без остановок, что позволяет в процессе выработки электричества обходиться без дорогостоящих и трудно утилизируемых аккумуляторов.

Несьявеллир (Исландия) – крупнейшая в Европе ГеоТЭС (120 МВт)

Делают ставку на геотермальную энергетику и в других странах, где удалось обуздать вулканическую активность Земли: США, Новая Зеландия, Индонезия и Филиппины. Богата термальными водами и Россия: вот только новые ГеоТЭС в Сибири давненько не строили. Последние подвижки в этом направлении датируются еще временами СССР.

Мощность ГеоТЭС «Гейзерс» (штат Калифорния, США) изначально составляла 2 тыс. МВт, но постепенно падает

Альтернативная гидроэнергетика

Нетрадиционное использования водных ресурсов планеты для выработки энергии подразумевает три типа электростанций: волновые, приливные и водопадные. Причем самыми перспективными из них считаются первые: средняя мощность волнения мирового океана оценивают в 15 кВт на погонный метр, а при высоте волн выше двух метров пиковая мощность может достигать аж 80 кВт/м.

Главная проблема волновых электростанций – сложность преобразования движения волн (вверх-вниз) во вращение лопастей колеса генератора. Впрочем, последние разработки британский (проект Oyster) и российских ученых (проект Ocean RusEnergy) должны решить данную проблему.

Oyster – высокоэффективный волновой электрогенератор, разработанный в Великобритании

Приливные электростанции имеют значительно меньшую мощность, чем волновые, зато их куда легче и удобнее строить в прибрежной зоне морей. Гравитационные силы Луны и Солнца дважды в день меняют уровень воды в море (разница может достигать двух десятков метров), что позволяет использовать энергию приливов и отливов для выработки электричества.

Во Франции почти полвека эксплуатируется приливная электростанция «Ля Ранс» (мощность 240 МВт), которая построена в устье реки Ранс рядом с городком Сен-Мало. Долгое время она удерживала мировое лидерство по мощности, но в 2011 году ее обошла южнокорейская Сихвинская ПЭС (254 МВт).

«Ля Ранс» – одна из старейших и в то же время мощнейшая в Европе ПЭС

Водопадные электростанции являются, пожалуй, самыми малоперспективными в отрасли гидроэнергетики. Дело в том, что по-настоящему мощных водопадов на планете не так уж и много. Вспомнить стоит разве что электростанции «Сэр Адам Бек 1» и «Сэр Адам Бек 2», построенные на Ниагарском водопаде, а точнее на его канадской стороне.

Комплекс электростанций «Сэр Адам Бек» (США) мощностью 2 тыс. МВт построен на границе США и Канады

Биотопливо

Жидкое, твердое и газообразное биотопливо может стать заменой не только традиционным источникам электричества, но и бензину. В отличие от нефти и природного газа, восстановить запасы которых не представляется возможным, биотопливо можно вырабатывать в искусственных условиях.

Простейшим биотопливом является древесина, а точнее отходы деревообрабатывающей промышленности – щепки и стружка. Спрессованные в брикеты они прекрасно горят, а нагретая с их помощью вода позволяет вырабатывать электричество и тепло, пусть и в небольших масштабах.

Кукуруза – продукт питания и в то же время сырье для биотоплива

Но будущее за жидким и газообразным биотопливом: биодизелем, биоэтанолом, биогазом и синтез-газом. Все они производятся на основе богатых сахаром или жирами растений: сахарного тростника, кукурузы и даже морского фитопланктона. Последний вариант так и вовсе имеет безграничные перспективы: выращивать водоросли в искусственных условиях дело не хитрое.

Фитопланктон (крохотные морские водоросли и бактерии) – идеальное сырье для производства жидкого и газообразного биотоплива

Будущее альтернативной энергетики

Концепт орбитальной солнечной электростанции NASA Suntower

Учитывая подорожание энергоносителей и подорванное доверие к атомным электростанциям, развитие альтернативной энергетики постепенно ускоряется. Ну а если смотреть на совсем уж отдаленную перспективу, то стоит упомянуть космическую энергетику.

Концепт орбитальной солнечной электростанции NASA SERT

Данная отрасль подразумевает размещение солнечных батарей на земной орбите и на поверхности Луны. Это позволит добывать примерно на треть больше электроэнергии, чем это возможно в условиях земной атмосферы. На Землю же передаваться выработанное электричество будет с помощью радиоволн.

Суда на батарейках — будущее судоходства?

 

Развитие мирового судостроения сегодня определяется не только экономической эффективностью строительства и последующей эксплуатации судна, но и систематически ужесточающимися экологическими требованиями. Наиболее перспективным, наравне с СПГ, является создание судов с электродвигателями.

Согласно Конвенции по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов 1972 г. с изменениями 1978 г., количество вредных выбросов с судов с каждым годом должно неуклонно снижаться. Наибольшее влияние на виды используемого топлива оказывают правила MARPOL приложение I (загрязнения моря) и приложение VI (загрязнение атмосферного воздуха).

С учётом данных реалий, на протяжении последних десятилетий в отрасли, параллельно с классическим судостроением, активно развивается проектирование и строительство судов, использующих в качестве топлива альтернативные источники энергии.

В частности, согласно Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2035 года, утверждённой распоряжением правительства Российской Федерации от 28 октября 2019 г. № 2553-р, одним из трендов российского судостроения является создание судов и морской техники, обеспечивающих соблюдение международных экологических норм и правил в акватории морей и в портах, а также защиту природной среды Арктики.

Из основных альтернативных источников энергии, работа над которыми ведётся в отрасли, можно отметить следующие: энергия ветра, водород, природный газ (в том числе СПГ), электроэнергия. Наиболее проработанными на сегодняшний день являются последние.

Использование СПГ уже активно применяется на судах различных типов и назначений: ледоколы, двухтопливные танкеры типоразмера «Афрамакс», буксиры.

Водородные двигатели и ветроэнергетика распространены гораздо меньше вследствие высокой стоимости и низкой производительности. В частности, единственным судном, использующем ветроэнергетику является построенное в 2010 году на верфи Cassens Werft (Германия) судно E-Ship 1. На судне, в дополнение к двум дизель-генераторам суммарной мощностью 7 МВт установлены 4 турбопаруса, позволяющие вырабатывать до 1,5 МВт в зависимости от погодных условий. Вместе с тем, конструкция ветрогенераторов значительно повышает ветровое сопротивление при движении судна, а выдаваемая мощность не позволяет применять данный вид топлива в качестве основного на судах.

Также следует отметить единственный в мире катамаран Energy Observer, использующий уникальную комбинацию возобновляемых источников энергии – ветер, солнечная энергия и водород. Данное судно построено научно-исследовательским институтом CEA-Liten, (Франция) и является плавучей лабораторией. Основным источником энергии на судне являются солнечные панели и две ветряные турбины, а система водородного источника – бортовой электролизер, который расщепляет морскую воду на кислород и водород. Последний хранится в газообразной форме в баках и используется в дни, когда безветренно и пасмурно.

Однако наиболее перспективным, наравне с СПГ, является создание судов с электродвигателями. Сегодня в мире строится и эксплуатируется несколько десятков таких судов. Информация о некоторых из них приведена в таблице 1.

Таблица 1








Судно

Место постройки

Год постройки

Район эксплуатации

Мощность

Главные размерения и основные характеристики

BB Green

Latitude yachts (Латвия)

2016

Стокгольм, Швеция

2х280 кВт

Длина — 20 м

Ширина — 6 м,

Высота борта — 3 м

Ampere

Fjellstrand (Норвегия)

2014

Линия Лавик – Оппедаль, Норвегия

1000 кВт

Длина — 80 м Ширина — 21 м

Вместимость — 360 чел. и 120 автомобилей.

Tycho Brahe

STX Norway Offshore Langsten (Норвегия), модернизация – Öresund (Швеция) совместно с ABB

1991

(модернизация — 2018)

 

Линия Хельсингёр (Дания) – Хельсингборг (Швеция)

4,16 МВт

Длина – 111 м

Ширина – 28 м

Вместимость — 240 автомобилей и 1000 пассажиров

Aurora

STX Norway Offshore Langsten (Норвегия), модернизация – Öresund (Швеция) совместно с ABB

1991

(модернизация — 2018)

 

Линия Хельсингёр (Дания) – Хельсингборг (Швеция)

4,16 МВт

Длина – 111 м

Ширина – 28 м

Вместимость — 240 автомобилей и 1000 пассажиров

Elektra

Crist (Польша)

2017

Архипелаг Турку (Финляндия)

2х530 кВт

Длина – 97,87 м

Ширина – 15,47 м

Вместимость — 90 автомобилей

Ellen

Havyard Group (Норвегия)

2019

Линия Сёбю – Фюнсхав (Дания)

4,3 МВт/ч

Длина – 60 м

Ширина – 13 м

 

Разработки электрических судов также ведутся в Финляндии, Нидерландах, Великобритании, Франции, Китае, Японии, Республике Корея и США.

Как видно из таблицы 1, суда на электродвижении уже не являются штучным товаром для частных заказчиков. На электродвижение переводятся всё более крупные суда, осуществляющие в том числе коммерческие перевозки, что свидетельствует об экономической эффективности их эксплуатации.

Именно данный показатель является определяющим в дальнейшей реализации аналогичных проектов. Применение классического подхода или альтернативных видов топлива, а также определение конкретного вида такого топлива должно осуществляться исходя из района эксплуатации судна, его типа, необходимой автономности, продолжительности рейса, количества экипажа и пассажиров. В частности, согласно исследованиям компании Siemens (реализовавший систему электродвижения на пароме Ampere), экономически оправдывают себя электрические паромы, эксплуатирующиеся на коротких дистанциях.

Согласно данным компании-оператора парома Ampere, опыт его эксплуатации показал сокращение на 95% вредных выбросов в атмосферу и уменьшение на 80% эксплуатационных расходов. На борту судна находится батарея 800 кВт*ч весом 11 тонн, которая и питает два электромотора. Паром использует всего 150 кВт*ч в пути на отрезке в 6 км через фьорд, а стоимость электричества для перевозки 360 пассажиров и 120 машин составляет всего около 6 $. На фоне данных результатов правительство Норвегии обязало перевозчиков закупать только экологически чистые паромы, гибридные или полностью электрические. Так власти борются с вредными выбросами в атмосферу и экономят на дизельном топливе. В этом регионе Норвегии повсеместно используются гидроэлектростанции и электроэнергия для парома получается экологически чистой, и даже косвенно электропаром не загрязняет окружающую среду.

Российские судостроители также не остаются в стороне. В рамках ФЦП «Развитие гражданской морской техники» на 2009-2016 годы и государственной программы Российской Федерации «Развитие судостроения и техники для освоения шельфовых месторождений» за период 2009-2019 годы было выполнено (выполняется) более 20 НИОКР по разработке систем электродвижения и их компонентов.

Однако, несмотря на оснащение некоторых судов системами электродвижения, в качестве основных источников электроэнергии на отечественных кораблях и судах до недавнего времени применялись дизель- и газотурбогенераторы, либо атомные энергетические установки. Аккумуляторные батареи в основном применялись в качестве вспомогательных и аварийных источников питания.

Перелом произошёл в прошлом году, когда на выставке «Нева-2019» компания «Морсвязьавтоматика» представила публике созданное в инициативном порядке 18-метровое судно Ecovolt пассажировместимостью до 86 человек. Судно приводится в движение электромоторами, работающими на общей шине постоянного тока. Источником энергии выступают высокоэнергетические батарейные накопители. Эксплуатация таких судов планируется в Санкт-Петербурге.

Также в 2019 года по заказу Минпромторга России началась разработка среднемагистрального автомобильно-пассажирского экологически чистого парома на электроходу, предназначенного для линии Балтийск – Балтийская коса (Калининградская область). Электрический паром заменит на Балтике два меньших по размеру дизельных — 1974 и 1960 годов выпуска.

В качестве основного источника питания на судне будет предусмотрена установка аккумуляторных батарей. Также как альтернативный вариант подзарядки в проекте будет рассмотрена возможность использования индукционной береговой зарядной станции. Вместимость создаваемого парома — 100 человек и 15 легковых автомобилей. По оценке головного исполнителя — Калининградского государственного технического университета и проектанта – АО «Нордик Инжиниринг», создание парома на электрической тяге позволит вдвое снизить эксплуатационные расходы за счет отказа от классических двигателей внутреннего сгорания, которые потребляют дизельное топливо и требуют регулярного обслуживания. Ввод парома в эксплуатацию планируется в 2021 году.

Электрический паром является судном нового типа. То есть его создание возможно только при проведении научно-технических и опытно-конструкторских, а также проектных работ, в ходе которых будет использован ранее созданный научно-технический задел и созданы новые результаты интеллектуальной деятельности. Следует отметить, что в настоящее время существует 9 изобретений и полезных моделей по всем направлениям деятельности, которые могут быть использованы при создании парома. Но ни одно из этих изобретений не может быть использовано непосредственно по лицензионному договору, т.к. каждое из них необходимо доработать на уровне формулы. Изменение конструкции повлечёт изменение дизайна и конструктивных решений внешнего вида парома. По этой причине его дизайн будет охраноспособным в статусе промышленного образца. По состоянию на сегодня ни один из промышленных образцов в части паромов не может быть использован при создании электоропарома. Создание электрического парома также потребует разработки принципиально новой системы управления судном, т.к. в настоящее время не зарегистрировано ни одной программы для ЭВМ, которая могла бы быть использована для данных целей.

Опыт строительства и эксплуатации судов данного типа позволит оценить эффективность внедрения электропаромов и в других регионах, во многих из которых водный транспорт является безальтернативным. Всего в Российской Федерации на 2020 год по данным Российского Речного Регистра насчитывается 120 речных паромов (не считая барж, барж-площадок, буксиров и толкачей, используемых на переправах), средний возраст которых составляет 39 лет. При этом принятие решение о замене действующих паромов на электроходы должно приниматься индивидуально в каждом отдельном случае после комплексной оценки такого варианта с учётом мнения контролирующих и надзорных организаций.

Одновременно, учитывая инновационность решений, применяемых в судах на альтернативных видах топлива, представляется целесообразным рассмотреть возможность выдачи разрешительной документации при соблюдении минимально необходимого набора требований, а в отдельных случаях – и по упрощённой схеме (исходя из условий эксплуатации). Такое решение позволит сократить стоимость строительства современных судов и как следствие – увеличение числа экологически чистых судов на реках России.

Алексей Тимофеев.

Подробнее о теме электродвижения в ходе конференции «СПГ-флот, СПГ-бункеровка и другие альтернативы» 28 октября 2020 года расскажет председатель совета директоров «Нордик Инжиниринг» Николай Шабликов. Информация о конференции доступна по ссылке >>>

Еще больше интересного отраслевого контента на наших страницах в соцсетях: в FaceBook, канале в YouTube, паблике в Telegram, странице в Twitter и канале в Яндекс.Дзен

 

Альтернативные источники энергии ветер | Referat.ru

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ “СТАНКИН” Кафедра Инженерной экологии и безопасности жизнедеятельности Доклад на тему: “Альтернативные источники энергии: Ветер” Выполнил: Деминский Николай Вячеславович Проверила: Худошина Марина Юрьевна Москва 2009 г. Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2008 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 120 гигаватт, увеличившись вшестеро с 2000 года. Энергия ветра появляется вместе с солнцем Энергия ветра на самом деле является формой солнечной энергии, так как тепло солнца становится причиной ветров. Солнечное излучение нагревает всю поверхность Земли, но неравномерно и с разной скоростью. Различные виды поверхности — песок, вода, камень и различные виды почвы — впитывают, сохраняют, отражают и высвобождают тепло с различной скоростью, а Земля становится в целом теплее днем и холоднее ночью. В результате воздух над поверхностью Земли также нагревается и охлаждается с разной скоростью. Горячий воздух поднимается, снижая атмосферное давление около поверхности Земли, которое притягивает на замену более холодный воздух. Такое передвижение воздуха мы и называем ветром. Энергия ветра непостоянна Когда воздух движется, вызывая ветер, он обладает кинетической энергией — энергией, которая появляется каждый раз, когда масса приходит в движение. Если использовать правильную технологию, то кинетическую энергию ветра можно захватить и преобразовать в другие виды энергии, например электричество и механическую энергию. Это и есть энергия ветра. Также как и самые древние ветряные мельницы в Персии, Китае и Европе использовали энергию ветра для выкачивания воды или размалывания зерна, сегодняшние ветряные турбины, соединенные с точками потребления, и ветряные электростанции с большим количеством турбин используют энергию ветра для генерирования

Энергия ветра и окружающая среда

Ветер — источник энергии без выбросов

Ветер — возобновляемый источник энергии. В целом, использование ветра для производства энергии оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем многие другие источники энергии. Ветровые турбины не выделяют выбросов, которые могут загрязнять воздух или воду (за редким исключением), и им не требуется вода для охлаждения. Ветровые турбины могут также снизить объем производства электроэнергии из ископаемого топлива, что приведет к снижению общего загрязнения воздуха и выбросов углекислого газа.

Отдельная ветряная турбина занимает относительно небольшую площадь. Группы ветряных турбин, которые иногда называют ветряными электростанциями, расположены на открытой суше, на горных хребтах или в прибрежных водах озер или океана.

Ветряные турбины на проекте Серро Гордо, к западу от Мейсон-Сити, Айова

Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (общественное достояние)

Ветряные турбины оказывают негативное воздействие на окружающую среду

Современные ветряные турбины могут быть очень большими машинами, и они могут визуально влиять на ландшафт.Небольшое количество ветряных турбин также загорелось, и в некоторых произошла утечка смазочной жидкости, но это случается редко. Некоторым людям не нравится звук, который издают лопасти ветряных турбин, когда они вращаются на ветру. Некоторые типы ветряных турбин и ветряные проекты вызывают гибель птиц и летучих мышей. Эти смерти могут способствовать сокращению популяции видов, на которые также влияют другие антропогенные воздействия. Ветряная энергетика и правительство США изучают способы уменьшить влияние ветряных турбин на птиц и летучих мышей.

Для большинства проектов ветроэнергетики на суше требуются служебные дороги, которые увеличивают физическое воздействие на окружающую среду. Производство металлов и других материалов, используемых для изготовления компонентов ветряных турбин, оказывает воздействие на окружающую среду, и ископаемое топливо могло использоваться для производства материалов.

Последнее обновление: 9 декабря 2020 г.

Возобновляемая энергия ветра и электроэнергия

Чистая и простая

Энергия ветра, скорее всего, скоро превзойдет гидроэлектроэнергетику как наиболее распространенный возобновляемый источник энергии, используемый для производства электроэнергии в Соединенных Штатах.В 2017 году на ветровую энергию приходилось 6,3% от общего объема производства электроэнергии в стране, что значительно выше 2,3% в 2010 году и продолжает расти.

Недавний рост ветроэнергетики в сочетании с возросшим общественным спросом на чистую энергию и снижением затрат на ее производство привел к революции чистой энергии по всей Америке. Больше энергии из устойчивых источников энергии, таких как ветер, по доступной цене? Это беспроигрышное решение для всех нас, в том числе для всей планеты!

Примите обязательство использовать чистую возобновляемую энергию в своей жизни с помощью плана Green Mountain Energy.

Посмотреть планы

Что такое энергия ветра?

Энергия ветра использует естественную силу ветра для выработки электроэнергии для домов и предприятий.

Знаете ли вы, что люди тысячелетиями использовали ветер в своих интересах? Еще в 5000 году до нашей эры египтяне водили лодки по реке Нил, используя ветер. Около 200 г. до н.э. простые ветряные мельницы в Китае перекачивали воду, а ветряные мельницы с вертикальной осью помогали перемалывать зерно в Персии и на Ближнем Востоке. От голландских осушающих озер и болот в дельте реки Рейн до U.Южные фермеры перекачивают воду для сельскохозяйственных культур, рубят дрова на лесопилках и перемалывают пшеницу и кукурузу, ветряные мельницы использовались разными способами для облегчения работы и улучшения жизни.

Как ветряные турбины вырабатывают энергию ветра?

Современный аналог ветряной мельницы, ветряная турбина, может использовать энергию ветра для выработки электроэнергии.

Большинство ветряных турбин имеют три лопасти, установленные на башне из стальных труб. Башни возвышаются на 100 футов или более над землей, чтобы использовать преимущества более высоких скоростей ветра с больших высот.

Вот краткая научная информация о том, как работает ветряная турбина:

  • Компьютерные системы управляют направлением лопастей турбины в соответствии с направлением ветра.
  • Когда дует ветер, с одной стороны лезвия образуется карман с воздухом низкого давления.
  • Воздушный карман притягивает лезвие к себе, заставляя ротор вращаться. Это называется лифтом.
  • Подъемная сила больше, чем сопротивление — сила, действующая на переднюю сторону отвала.
  • В результате ротор крутится как пропеллер.
  • Шестерни увеличивают скорость вращения ротора с примерно 18 оборотов в минуту до примерно 1800 оборотов в минуту, позволяя генератору турбины преобразовывать механическую энергию в электричество.
  • Генератор отправляет электроэнергию по линиям электропередачи в энергосистему, обеспечивая электроэнергией дома и предприятия.

Несмотря на простоту внешнего вида на фоне неба, ветряные турбины обладают очень продвинутыми функциями, обеспечивающими безопасность и эффективность.Анемометр турбины непрерывно измеряет скорость ветра и передает данные контроллеру турбины, который поддерживает безопасную скорость ротора 55 миль в час или меньше. Тормоз в турбине может остановить ротор электрически, механически или гидравлически в аварийной ситуации.

Ветряные электростанции обеспечивают экологически чистую энергию во всем мире

Сегодня множество типов ветряных турбин обеспечивают людей во всем мире возобновляемой энергией:

  • Небольшие ветряные турбины , вырабатывающие 100 киловатт (кВт) или меньше, можно найти поблизости произведенная энергия будет использоваться, например, возле домов или водонасосных станций.
  • Большие ветряные турбины , вырабатывающие от 100 кВт до нескольких мегаватт, сгруппированы вместе на ветряных фермах и могут обеспечивать энергией десятки тысяч домов.
  • Морские ветряные турбины улавливают сильные, постоянные ветры у береговых линий. Над американскими прибрежными водами ветров достаточно, чтобы обеспечить более 2000 гигаватт электроэнергии, что почти вдвое превышает нынешнее потребление электроэнергии в стране.

Преимущества энергии ветра

Энергия ветра дает множество преимуществ:

  • Ветер чист и полезен для земли. Энергия ветра не загрязняет твердыми частицами, оксидом азота, диоксидом азота или диоксидом серы, а также не вызывает смога или кислотных дождей. По оценкам Министерства энергетики США (DOE), энергия ветра может предотвратить выброс 12,3 гигатонн парниковых газов к 2050 году. Чистый воздух полезен для всех нас.
  • Энергия ветра рентабельна. Само топливо ведь бесплатное! Соглашения о ветроэнергетике обычно предусматривают фиксированные цены на 20 лет, тогда как ценовая неопределенность связана с традиционными источниками топлива.Добавление большего количества энергии ветра в сектор электроэнергетики снижает уязвимость страны перед скачками цен и перебоями в поставках. Благодаря таким долгосрочным ценообразованию и стабильности, Министерство энергетики ожидает, что ветровая энергия сэкономит потребителям 280 миллиардов долларов к 2050 году.
  • Энергия ветра приводит к созданию рабочих мест. Бюро статистики труда США прогнозирует рост числа рабочих мест ветроэнергетиков на 96% с 2016 по 2026 год, что делает эту профессию одной из самых быстрорастущих в Америке. Министерство энергетики сообщает, что к 2050 году ветровая энергия сможет обеспечить более 600 000 рабочих мест в сфере производства, установки, технического обслуживания и других связанных услуг.
  • Ветер — это домашний источник энергии. В отличие от нефти и природного газа, запасы ветра в стране неисчерпаемы, и их можно найти в изобилии над американской землей. Как нация, мы можем производить энергию ветра, не беспокоясь о росте цен на сырьевые товары, международных политических отношениях или других глобальных факторах.
  • Ветер полезен для бизнеса. Устойчивое лидерство задает позитивный тон бизнесу. Согласно исследованию КСО, проведенному Cone Communications за 2017 год, 89% клиентов, вероятно, перейдут в компанию, имеющую уважительное отношение (например, работающую с чистой энергией!), При аналогичных ценах и качестве.
  • Энергия ветра экологически безопасна. Проще говоря, ветер всегда был и всегда будет в наличии. Нам всем остается только решить, насколько приоритетным для нас является производство возобновляемой энергии в Америке.

Green Mountain Energy позволяет легко выбрать 100% чистую энергию, произведенную из национальных ветряных источников. Вместе мы можем помочь изменить способ производства энергии.

Энергия вашего дома ветром от Green Mountain Energy.

ЗАПИСАТЬСЯ СЕЙЧАС

ГЛОССАРИЙ ТЕРМИНОВ

Эта страница предназначена только для общеобразовательных целей.Предлагаемые продукты Green Mountain Energy не включают все указанные возобновляемые источники.

Является ли энергия ветра возобновляемой или невозобновляемой?

Итак, действительно ли ветроэнергетика является возобновляемой? Узнайте, как ветряные электростанции делают чистую и возобновляемую энергию более доступной для всех.


Существует множество способов использования энергии: ветер, солнце, уголь, газ, биомасса, геотермальная энергия, приливы и отливы являются одними из наиболее часто используемых источников. Некоторые из них лучше для окружающей среды, чем другие.Некоторые виды энергии поступают из возобновляемых источников, которые встречаются в природе или регулярно, в то время как другие полагаются на ограниченное количество нефти и других видов топлива, восполнение которых занимает гораздо больше времени.

Одним из наиболее эффективных способов получения более чистой возобновляемой энергии является выращивание ветряных электростанций. Ветряная электростанция — это группа ветряных турбин в одном месте, которые используются для производства электроэнергии. Это экономит деньги, наносит минимальный ущерб окружающей среде и окружающей ее дикой природе и выращивается из бесконечного источника энергии.

Можно ли использовать энергию ветра для питания своего дома?

Многие эксперты полагают, что в ближайшие десятилетия ветер выйдет на передний план среди возобновляемых источников энергии и может стать одним из наиболее часто используемых источников как в коммерческих целях, так и для индивидуальной собственности и жилых домов.

Эксперты считают, что ветроэнергетика скоро будет в авангарде революции в области чистой энергии, и во многих штатах вы можете легко переключиться на возобновляемые источники энергии, чтобы начать снабжать свой дом 100% чистой и возобновляемой энергией из таких источников, как энергия ветра.

А знаете ли вы, что в большинстве штатов с дерегулированием такая компания по возобновляемым источникам энергии, как Inspire, может помочь вам снизить зависимость от ископаемого топлива и обеспечить более чистую энергию в энергосистему? Никогда еще не было так просто переключиться на возобновляемые источники энергии в повседневной жизни.

Энергия ветра оказывает одно из самых низких воздействий на окружающую среду среди всех источников производства электроэнергии и становится все более распространенной, хотя гидроэнергетика в настоящее время является крупнейшим возобновляемым источником энергии для производства электроэнергии в Соединенных Штатах.Хотя он гораздо более экологичен, чем ископаемое топливо, он способствует низкому уровню загрязнения воды. Из-за этого он может быть не таким устойчивым источником энергии, как энергия ветра.

Что считается возобновляемым ресурсом?

Так что же такое возобновляемый источник энергии? Возобновляемая энергия привлекла к себе большое внимание в последние годы из-за возросшего понимания разрушительного воздействия невозобновляемых источников энергии. Помимо экономии денег, возобновляемые источники энергии полезны из-за меньшего ущерба, который они наносят окружающей среде.

Возобновляемый источник энергии — это источник, который поступает из естественных источников, которые естественным образом пополняются каждый день или близки к этому. Солнечная, ветровая, геотермальная и гидроэлектрическая энергия — все это примеры возобновляемых источников энергии. Больше внимания следует уделять таким источникам энергии, как нормам, потому что их намного легче выращивать, а источники никогда не истощаются.

Что делает ветер возобновляемым ресурсом?

Тот факт, что здесь есть безграничное количество ветра, делает его возобновляемым.То же самое и с солнечной энергией — всегда будет светить солнце и всегда будет ветер; сумма зависит только от дня.

Энергия ветра, производимая с помощью ветряных электростанций, не загрязняет землю оксидом азота, диоксидом азота или диоксидом серы, смогом или кислотными дождями, в отличие от многих других форм традиционного топлива. Министерство энергетики США (DOE) прогнозирует, что энергия ветра может предотвратить выброс 12,3 гигатонн парниковых газов к 2050 году.

Что такое энергия ветра?

Ветер считается источником зеленой энергии.Он является экологически чистым, возобновляемым и не выделяет выбросов углерода в качестве побочного продукта.

Как работает энергия ветра?

Энергия ветра работает (в большинстве случаев), когда ветер заставляет две или три аэродинамических, похожих на пропеллер лопасти ветряной турбины вращаться вокруг ротора (таким образом улавливая кинетическую энергию ветра). Это действие вращает вал, а дополнительный двигатель помогает увеличить скорость. Этот поворот помогает генератору создавать электрический ток для производства электричества.

Ветровые турбины обычно поднимаются в воздух на 100 футов или более, чтобы воспользоваться преимуществами более высоких скоростей ветра с больших высот.Поскольку эти турбины высокие, пространство, которое они занимают, в основном находится высоко над нами, а это означает, что площадь, которую они используют, очень мала. Территорию вокруг ветряных турбин можно оставить в покое или использовать под сельское хозяйство.

Является ли ветер устойчивым источником энергии?

Ветер — очень устойчивый источник энергии. Он использует кинетическую энергию, которая естественным образом существует в ветре, и преобразует ее в электрическую энергию, которую мы можем использовать для питания всего, что работает на электричестве. Энергия ветра является устойчивой, потому что это источник энергии, который не создает отходов и не вызывает выбросов углерода, сажи, смога, кислотных дождей или глобального потепления.Наряду с солнечной энергией и отходами в топливо, энергия ветра является одним из самых чистых и устойчивых источников энергии, которые мы можем использовать.

Ветряные электростанции также косвенно экономят деньги страны за счет снижения затрат на импорт ископаемого топлива. Эти сэкономленные доллары можно использовать для поддержки внутренней инфраструктуры, что поможет нам стать более самодостаточными.

Считается ли энергия ветра зеленой?

Да, энергия ветра считается зеленой, потому что она не производит выбросов углерода.Чистая энергия относится к способам производства электроэнергии, которые не производят или не производят выбросов углерода с минимальными выбросами, в то время как зеленая энергия относится к возобновляемым источникам энергии (солнечной, ветровой) с нулевыми выбросами углерода во время работы.

Важно отметить это различие, поскольку существует множество возобновляемых (так называемых «зеленых») источников энергии, которые на самом деле вредны для окружающей среды. Например, мы можем сжигать мусор (известный как энергия из отходов или биоэнергетика) для производства электроэнергии. Конечно, мы производим неперерабатываемые отходы в течение многих лет, и до тех пор, пока ситуация не изменится, энергия из отходов будет оставаться возобновляемым источником.Да, это решение, но образующийся дым способствует изменению климата и вредит атмосфере.

Если вы хотите, чтобы ваша энергия поступала из экологически чистого источника энергии, а не только из «зеленого», мы готовы помочь. Узнайте больше о том, как Inspire может помочь вам принимать лучшие решения для мира и вашего кошелька, здесь.

Какая часть электроэнергии производится с помощью энергии ветра?

В 2019 году ветровая энергия составляла около 7,2% от общего объема производства электроэнергии в США, чего достаточно для выработки энергии 27.5 миллионов домов. Энергия ветра также производит около 42% электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников энергии. Это был огромный скачок по сравнению с тем, что было за несколько лет до этого: в 2012 году количество энергии ветра, производимой в Соединенных Штатах, было на грани того, чтобы обеспечить электроэнергией 15 миллионов домов.

Почему важна энергия ветра?

Энергия ветра является чрезвычайно важным и полезным источником энергии по нескольким причинам:

  • Это экологичное. Ветер был и всегда будет нам доступен.Хотя в одни дни может быть больше ветра, чем в другие, он остается бесконечным источником энергии. Это означает, что он гарантирует долговечность и никогда не закончится.
  • Это дешевый источник энергии для дома. Коммунальные предприятия могут предлагать домам энергию ветра, что может помочь застраховаться от неопределенных затрат на топливо. Это гораздо более безопасный вариант, чем ископаемое топливо, которое варьируется в зависимости от ресурсов и мировых затрат.
  • Это приводит к созданию рабочих мест. В 2019 году ветроэнергетика поддержала 120 000 рабочих мест во всех штатах, а также в Пуэрто-Рико.
  • Что касается будущих рабочих мест, Бюро статистики труда США прогнозирует рост числа рабочих мест ветроэнергетиков на 96% с 2016 по 2026 год, что сделает их одной из самых быстрорастущих профессий в Америке.
  • Намного безопаснее аналогов. Энергия ветра снижает количество диоксида серы и оксидов азота, которые загрязняют воздух при сжигании ископаемого топлива. Такое сокращение загрязнения воздуха позволило сэкономить средства на лекарствах от астмы и респираторных заболеваний, создав таким образом 9 долларов.Только в 2018 г.
  • Он прямо или косвенно создает доход. Более 99 процентов ветряных электростанций находятся в сельской местности. Поскольку ветряные фермы платят налоги в этих областях, они создают новые доходы для ремонта дорог, финансирования правоохранительных органов и создания рабочих мест для местных жителей. Например, в 2009 году ветряная электростанция Invenergy High Sheldon начала вырабатывать электроэнергию, и преимуществ проекта было достаточно, чтобы отменить местные налоги в течение первых восьми лет существования проекта.
  • Ветроэнергетические проекты платят более 1 доллара.6 миллиардов долларов США и местным органам власти, а также частным землевладельцам ежегодно.
  • Это рентабельно. На самом деле это бесплатно! Источники энергии, такие как ископаемое топливо, часто колеблются в цене. Напротив, энергия ветра обычно предоставляется по фиксированной цене в течение длительного периода времени, часто около 20 лет. Как правило, ветряные электростанции покрывают углеродный след за шесть месяцев или меньше, что обеспечивает десятилетия использования энергии с нулевым уровнем выбросов, которая вытесняет энергию ископаемого топлива.
  • Экономит воду.В отличие от других возобновляемых источников, ветряным турбинам не требуется вода для производства электроэнергии или охлаждения оборудования для выработки электроэнергии. Энергия ветра экономит использование миллиардов галлонов воды каждый год, а значит, меньше она не загрязняет воду. В прошлом году производство энергии ветра сократило потребление воды на существующих электростанциях примерно на 103 миллиарда галлонов, что эквивалентно 723 миллиардам бутылок воды.

Чем нам полезна ветровая энергия?

Энергия ветра полезна для нас по тем же причинам, по которым она так важна для нас.Он экономит деньги, экономит воду, но, что самое главное, он наносит гораздо меньший ущерб окружающей среде, чем его невозобновляемые аналоги. Ветровые турбины оставляют дикую природу в окружающей среде почти полностью нетронутой и неповрежденной. Поскольку энергия ветра не требует воды для выращивания, она защищена от засухи, что особенно актуально в районах страны (и во всем мире), подверженных засухе. Кроме того, ветер исходит из источника, который буквально всегда будет доступен для нас, поэтому наши источники никогда не иссякнут.

Здесь, в Inspire Clean Energy, мы являемся компанией, занимающейся возобновляемыми источниками энергии, и стремимся к поиску лучших возобновляемых источников энергии и расширению прав и возможностей домашних хозяйств при выборе покупки из возобновляемых источников. С момента запуска в 2014 году мы обеспечиваем чистой и устойчивой энергией дома на восточном побережье и планируем расширяться по всей территории Соединенных Штатов.

С нами вы можете снабдить свой дом чистой энергией с помощью простой подписки, которая держит вас под контролем — это означает отсутствие неприятных сюрпризов или неразборчивых квартальных счетов.

Мы с энтузиазмом относимся к обеспечению энергией, которая не только экономит деньги для каждого домашнего хозяйства, но и позволяет увидеть общую картину, способствуя предотвращению ущерба, наносимого окружающей среде. Если вы хотите узнать больше о том, что мы делаем, и если это подходит вам, нажмите здесь.

Наши источники энергии, ветер — Национальные академии

Ветер

Энергия ветра — это косвенная форма солнечной энергии , создаваемая сочетанием факторов, включая неравномерное нагревание атмосферы Земли солнечным излучением, вариации топографии и вращение Земли.На протяжении всей истории люди использовали энергию ветра для приведения в движение парусных лодок, перемалывания муки из зерна и перекачки воды. Сегодня вызванная ветром механическая энергия огромных многолопастных роторов — движущихся в воздухе кругов диаметром до 100 метров — направляется на генераторы, вырабатывающие электричество.

В 2014 году ветроэнергетика обеспечивала около 19% всей энергии, потребляемой из возобновляемых источников. Ожидается, что этот вклад будет расти, и потенциал велик: энергия ветра, доступная в Соединенных Штатах, по крайней мере на порядок больше, чем общее годовое потребление энергии в стране, хотя может быть уловлена ​​лишь небольшая его часть.По состоянию на 2015 год в 40 штатах было по крайней мере несколько установленных ветроэнергетических систем, при этом наибольшая доля приходилась на Западное побережье и Средний Запад. В 2015 году энергия ветра произвела 4,7% электроэнергии Америки.

По состоянию на 2015 год в 40 штатах было по крайней мере несколько установленных ветроэнергетических систем, при этом наибольшая доля приходилась на Западное побережье и Средний Запад.

Расширение использования энергии ветра зависит от множества факторов, включая цены на ископаемое топливо, федеральные налоговые льготы, государственные программы по возобновляемым источникам энергии, технологические усовершенствования, доступ к передающим сетям и общественное мнение.Если эти факторы останутся относительно постоянными, ожидается, что к 2040 году мощность ветроэнергетики вырастет примерно на треть.

Энергия ветра, как и солнечный свет, является «бесплатным» источником. Затраты возникают при преобразовании его в электричество и интеграции этого электричества в национальную энергосистему. Однако это не приветствуется повсеместно. Многие выступают против его использования по эстетическим и экологическим причинам. Ветряные турбины (иногда сгруппированные в «ветряные электростанции», содержащие сотни турбин) могут вызывать жалобы со стороны сообществ, чья линия обзора изменилась.Современные конструкции также опасны для некоторых птиц и летучих мышей.

Но, безусловно, самым большим препятствием для более широкого использования прерывистых источников энергии является то, что в настоящее время у них нет практического и экономичного способа хранения произведенной электроэнергии, чтобы ее можно было использовать, когда это необходимо, а не когда доступно. Батарейные массивы — очевидный вариант, но они, как правило, лучше всего подходят для локального хранения относительно небольших объемов. (Хотя в городе Фэрбенкс, штат Аляска, есть огромная центральная аварийная батарея, которая может обеспечить мощность 26 мегаватт в течение 15 минут в случае отключения электричества.)

Прерывистое электричество можно использовать для перекачки воды на более высокие высоты, повышая ее потенциальную энергию. Точно так же электрическая энергия может храниться в виде тепла в изолированном корпусе или использоваться для сжатия газа под землей, где давление может быть сброшено для выработки электроэнергии по запросу. Электричество из ветряных и солнечных источников можно использовать для раскрутки гигантских маховиков или использовать для производства водорода, который при необходимости можно хранить и использовать в топливных элементах. Каждый раз, когда энергия меняет форму, конечно, возникают некоторые потери, и эффективность является неотложной проблемой во всех технологиях преобразования.В настоящее время такие решения являются относительно дорогостоящими и обычно используются для обслуживания участков вне основной энергосистемы.

Технология ветроэнергетики | Мир возобновляемых источников энергии


Современные ветряные турбины возвышаются над одной из своих предков — старой ветряной мельницей, используемой для перекачивания воды. Предоставлено: Уоррен Гретц

.

Мы используем энергию ветра сотни лет.От старой Голландии до ферм в Соединенных Штатах ветряные мельницы использовались для перекачивания воды или измельчения зерна. Сегодня современный аналог ветряной мельницы — ветряная турбина — может использовать энергию ветра для выработки электроэнергии.

Ветряные турбины, как и ветряные мельницы, устанавливаются на башне, чтобы улавливать как можно больше энергии. На высоте 100 футов (30 метров) или более над землей они могут воспользоваться более быстрым и менее турбулентным ветром. Турбины улавливают энергию ветра своими лопастями, похожими на пропеллер. Обычно на валу устанавливаются две или три лопасти, образующие ротор.

Лезвие действует как крыло самолета. Когда дует ветер, на подветренной стороне лопасти образуется карман с воздухом низкого давления. Затем воздушный карман низкого давления притягивает к себе лезвие, вызывая вращение ротора. Это называется лифтом. Сила подъемной силы на самом деле намного сильнее, чем сила ветра, воздействующая на переднюю часть лопасти, что называется сопротивлением. Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер, а вращающийся вал вращает генератор, чтобы вырабатывать электричество.

Ветровые турбины могут использоваться как автономные приложения, или они могут быть подключены к электросети или даже объединены с фотоэлектрической системой (солнечными элементами). Для источников энергии ветра в масштабе коммунальных предприятий большое количество ветряных турбин обычно строится близко друг к другу, чтобы сформировать ветряную установку. Многие поставщики электроэнергии сегодня используют ветряные электростанции для снабжения электроэнергией своих потребителей.

Подробнее: Как страны поощряют рост ветроэнергетики? Нажмите здесь, чтобы посмотреть увлекательную анимацию ветрогенерации 1986-2018 годов.

Автономные ветряные турбины обычно используются для перекачки воды или связи. Однако домовладельцы, фермеры и владельцы ранчо в ветреных районах также могут использовать ветряные турбины как способ сократить свои счета за электричество.

Малые ветровые системы также обладают потенциалом как распределенные энергоресурсы. Распределенные энергоресурсы относятся к множеству небольших модульных технологий производства электроэнергии, которые можно комбинировать для улучшения работы системы доставки электроэнергии.

Подписаться

Подробнее Новости ветроэнергетики здесь


Дополнительные ресурсы по ветроэнергетике

Содержание энергии ветра для этого раздела частично предоставлено Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии и Министерством энергетики.


Основы ветроэнергетики | NREL

Ветер возникает, когда поверхность земли неравномерно нагревается солнцем. Энергия ветра
можно использовать для выработки электроэнергии.

Ветряные турбины

Ветряные турбины, как и ветряные мельницы, устанавливаются на башне, чтобы улавливать как можно больше энергии.На высоте 100 футов (30 метров) и более они могут воспользоваться более быстрым
и менее бурный ветер. Турбины улавливают энергию ветра своим пропеллером.
лезвия. Обычно на валу устанавливаются две или три лопасти, образующие ротор .

Лезвие действует как крыло самолета. Когда дует ветер, карман низкого давления
воздух образуется на подветренной стороне лопасти.Затем воздушный карман низкого давления вытягивает
лезвие к нему, заставляя ротор вращаться. Это называется лифт . Сила подъема на самом деле намного сильнее, чем сила ветра, направленная против ветра.
передняя сторона клинка, которая называется drag . Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер, и
вращающийся вал вращает генератор, чтобы вырабатывать электричество.

Исследования ветроэнергетики

NREL в основном проводятся в кампусе Флэтайронс, отдельном месте недалеко от Боулдера, Колорадо.

Ветряные турбины коммунального назначения на ветряной электростанции Сидар-Крик в Гровере, штат Колорадо. Фото Денниса Шредера / NREL

VolturnUS Плавающая оффшорная ветряная турбина с полупогружной плавучей ветроэнергетической системой
Платформа, Университет штата Мэн, часть консорциума DeepCWind. Фотография из Университета штата Мэн

Наземная ветроэнергетика

Ветровые турбины могут использоваться как автономные приложения или их можно подключать к
электросети или даже в сочетании с фотоэлектрической системой (солнечными элементами).Для
коммунальные (мегаваттные) источники энергии ветра, большое количество ветряных турбин
обычно строятся близко друг к другу, чтобы сформировать ветряную электростанцию ​​ , также называемую ветровой электростанцией . Некоторые поставщики электроэнергии сегодня используют ветряные установки для снабжения электроэнергией своих потребителей.

Автономные ветряные турбины обычно используются для перекачки воды или связи.
Однако домовладельцы, фермеры и владельцы ранчо в ветреных районах также могут использовать ветряные турбины.
как способ сократить свои счета за электричество.

Распределенная энергия ветра

Малые ветровые системы также обладают потенциалом как распределенные энергоресурсы. Распространено
Энергетические ресурсы относятся к множеству небольших модульных технологий производства энергии.
которые могут быть объединены для улучшения работы системы подачи электроэнергии.
Для получения дополнительной информации о распределенном ветре посетите Отдел ветроэнергетических технологий Министерства энергетики США.

Морская ветроэнергетика

Оффшорная ветроэнергетика — относительно новая отрасль в США. Америки
первая оффшорная ветряная электростанция, расположенная в Род-Айленде, у побережья острова Блок,
в декабре 2016 года. В отчете Wind Vision Министерства энергетики США показано, что к 2050 году морской ветер будет доступен во всех прибрежных регионах страны.

Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о ветровой энергии посетите следующие ресурсы:

Основы ветроэнергетики
Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Карты и данные по ветроэнергетике
WINDExchange DOE

Как работают ветряные турбины
U.S. Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики.

Малые ветроэнергетические системы
Программа энергосбережения Министерства энергетики США

Американская ассоциация ветроэнергетики

Energy Kids Wind Basics
Управление энергетической информации США Energy Kids

альтернативных источников энергии — энергия ветра — электричество, ветряная мельница, центов и сумма

Несмотря на то, что сегодня энергия ветра считается альтернативным источником энергии, она является одним из первых видов энергии, полученной человеком.Ветер возникает из-за неравномерного нагрева поверхности Земли, и его энергия эквивалентна примерно 2% солнечной энергии, достигающей планеты . Таким образом, количество энергии, теоретически доступное от ветра, очень велико, хотя было бы непрактично, разумно и необходимо перехватывать более крошечный процент от общего ветрового потока в мире.

Ветер обычно используется ветряными мельницами, которые могут либо поставлять механическую энергию непосредственно на оборудование, либо приводить в действие генераторы для производства электроэнергии.(Энергию необходимо тщательно отличать от электричества; электричество — это не источник энергии, а ее форма. В процессах, которые сжигают химическое или ядерное топливо для выработки электроэнергии, больше энергии теряется в виде низкопотенциального тепла , чем доставляется в виде электричество; аналогично, ветряная мельница вырабатывает меньше полезной энергии, когда она используется для выработки электричества, чем когда она используется для выполнения механических работ. . Электроэнергия обладает положительными качествами: она может передаваться на большие расстояния по линиям электропередач и быть полезной для многих приложений. — освещение, двигатели, , электроника, и т. Д. — в точках конечного использования.) Кинетическая энергия ветра пропорциональна его скорости , поэтому идеальное место для установки ветряной мельницы , генератора — это место с постоянным и относительно быстрым ветром и без препятствий, таких как высокие здания или деревья. Эффективная ветряная мельница может производить 175 Вт электроэнергии на квадратный метр площади лопастей пропеллера на высоте 75 футов (25 м). Расчетная стоимость производства одного киловатт-часа (количество энергии, потребляемой десятью 100-ваттными лампочками за один час) с помощью энергии ветра составляет около восьми центов по сравнению с пятью центами для типичной гидроэнергетики и 15 центов для атомной энергетики.Калифорния лидирует в Соединенных Штатах по использованию энергии ветра, производя примерно 1,3% электроэнергии в 2000 году за счет ветра, чего достаточно для освещения Сан-Франциско. Дания является мировым лидером в этом отношении, в настоящее время получая 21% своей электроэнергии от ветряных мельниц (и еще шесть % и из других возобновляемых источников).

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *