Энергия ветра и ее использование

Белеет парус одиноко?

Парус без ветра, что свадьба без музыки. Ветер был всегда, парус люди придумали. Много веков до нашей эры цивилизованная тогда северная Африка придумала его, чтобы двигать лодки по водам Нила. Оттуда идёт освоение энергии ветра. Затем простейшие ветряные мельницы заработали по принципу паруса. Первая воздушная лопастная машина использовала энергию ветра тоже по принципу парусности. И, наконец, много веков спустя начавшееся строительство ветряных электростанций в Европе было основано на принципе того же самого древнего паруса. Он являет собой лопастную машину с высоким КПД, использующую энергию ветра для получения движения и выработке электроэнергии.

Таким образом, энергию воздушных потоков человек начал осваивать в глубокой древности, используя более обширную площадь для ударов ветра, двигая лодки по реке и морю, заставляя вращаться крылья мельниц. Да, как убеждаемся, парус был не одинок с самого истока его возникновения на земле.

На дне воздушного океана

Неисчислима энергия движущихся воздушных потоков. Они ни на одну минуту не останавливаются, лёгкой лаской освежая лица в зной и разрушая всё на своём пути во время урагана. Всегда в движении воздушный океан, в глубинах которого, на самом дне, мы удостоены жить. Ощущение постоянно действующих источников энергии натолкнуло человечество на мысль: почему бы не использовать для начала маломощные ветрогенераторы.

Ветры околоземного пространства вполне могли бы насытить аппетит человечества в электроэнергии. Почему же не полностью используется энергия воздушного потока? Ответ прост до безобразия: всё ещё довлеет надежда на постоянные источники энергии, которые не способны возобновляться — на природный уголь, газ, нефть.

Лишь в 70-х годах 20 века распространилась тревожная весть о том, что человечеству не приходится рассчитывать на бесконечные запасы природных ресурсов, они безвозвратно исчезают по мере добывания. В недалёком будущем может наступить время полного потребления.

Цивилизованные страны, небогатые полезными ископаемыми, стали серьёзно заниматься альтернативными источниками энергии. На дне воздушного океана зашевелилась муравьиная стая человечества в поисках давно известных природных богатств.

На упрямых воду возят

Прежде чем что-то предпринять, вначале узнают характер своего объекта. Окружающую среду. Перед тем, как построить, скажем, дом, определяют особенности почвы, взлётную полосу на аэродроме располагают по направлению розы ветров, мощные ветровые электростанции не разместят там, где движение воздуха незначительно. Неписаный закон предварительного расчёта перед принятием какого-либо решения действует всегда безотказно и жестоко наказывает тех, кто им пренебрегает.

Использование энергии ветра многовековое, древнее занятие. Накоплен богатейший опыт человечества. Проблема изучить характер движения воздушных масс. Поверхность земли нагревается неравномерно, вызывая передвижение воздуха из холодных областей в тёплые.

Нагретый воздух поднимается вертикально, на его место параллельно земле поступает холодный. То есть, передвижения воздушных масс довольно сложные, непредсказуемые, никакой постоянной величине или правилам не подвластны. Но подсчитано, что наиболее результативная скорость воздуха при 19 км/час. При такой силе ветра использование электростанции наиболее продуктивно, высокий КПД обеспечен.

Такие ветра обычно постоянно «работают» вблизи больших водоёмов, на берегу морей, океанов. Именно там «упрямые» бризы дуют днём на море, ночью на сушу, что было замечено человечеством давным-давно, использовалось для перекачки воды, для помола зерна, других полезных работ. Чтобы исправно работали перекачивающие насосы, вполне подходила скорость ветра 10—12 км/час.

В конце 19 века Европа начала ветряками перекачивать воду на фермах, потом догадались вырабатывать электроэнергию.

Кроме местных бризов существуют более устойчивые, «упрямые» ветра глобального значения. Это пассаты. Нагревается экватор земли, воздух устремляется вверх, привлекая на своё место холодные слои с севера и юга. При вращении земли потоки несколько отклоняются. Поэтому в северном полушарии круглогодично ветер северо-восточного направления, в южном – юго-восточного.

Таковы пассаты — самые постоянные, «упрямые» ветра мирового значения, которые господствуют на дне воздушного океана, в котором мы живём.

Эпоха возрождения

Да не та, о которой вы подумали. Та была в 14-15 веках, когда в Европе появился интерес к античной культуре, произошло, как бы, её возрождение. Здесь речь идёт об эпохе возрождения, начиная с 2000 года по настоящее время, в отношении использования ветровой энергии.

С новой силой на арену вышло внимание альтернативным источникам электропитания. 12 развитых стран приняли программы получения энергии ветровыми установками. Агрегаты небольшой мощности выпускают более сотни фирм.

То затухающий, то снова вспыхивающий костёр надежд на экологически чистую энергию, разгорается во многих цивилизованных странах перед угрозой истощения природных ресурсов.

В России условия применения ветроэнергетических установок благоприятны от Калининградской области до берегов седого Енисея и дальше, дальше на восток до порта Находка, Камчатки, острова Сахалин. Благодатны условия применения ветряков на северных берегах. Там ветры господствуют круглый год с приличной скоростью. Однако, источник ветровой энергии используется незаслуженно слабо.

Сейчас наступила поистине забытая эпоха возрождения использования ветряных установок. Есть ли выход из тупика, когда весь мир окажется перед фактом исчезновения полезных ископаемых? Оказывается, есть!

Плюсы и минусы

Нет такой отрасли науки, производства, профессии, которые бы имели только плюсы, или одни минусы.
Использование ветровой энергии тоже имеет свои плюсы-минусы.

Начнём с козырной карты, какие выгоды:

1. Не надо покупать-подвозить сырьё, вывозить отходы;
2. Обеспечена автономность от электроснабжающих компаний;
3. Отсутствуют отходы-загрязнители;
4. Экономятся природные ресурсы;
5. Сокращаются расходы на топливо, электричество;
6. Исключается влияние на атмосферный тепловой баланс;
7. Сохраняется кислородный запас природы;
8. Бесплатное превращение кинетической энергии ветра в электричество;

Плюс факты: Германия за счёт ветроэнергетики производит 8% электричества, Испания – 16%, Ирландия – 14%, Португалия – 19%, Дания – 28%.

Теперь перечислим минусы:

1. Работа ветряков создаёт помехи в эфире;
2. Шум отрицательно влияет на здоровье человека и животного мира;
3. Нестабильность работы, непостоянство подачи энергии;
4. Требует значительную территорию;
5. Дороговизна.

К минусам отнесём признание жителя Калининграда: «Ветрогенератор, бывший в употреблении, я купил в Германии. Заплатил 49 миллионов рублей, из них 30 — стоимость генератора, плюс доставка и растаможка, 20 — монтаж. Мастера установили так, что шланги скручиваются, генератор вырабатывает процентов пять от мощности, которые уходят на работу поворотного механизма. На выходе – ноль. Короче, имею «красивый» флюгер за 50 миллионов. Круто, правда»?

Необходимо возразить: во всём мире установки работают безукоризненно, тысячи лет люди ими пользовались по мере побед цивилизации. Только у нас в России они не прижились. Странно. Тогда надо искать причину в чём-то другом. Не так ли?

Слова в защиту

Использование энергии ветра — перспективное развитие энергетики. История рассказывает: ветряные мельницы успешно работали за два века до начала нашей эры. Этого достаточно для того, чтобы задуматься: вправе ли игнорировать дармовую энергию ветра, не использовать её на пороге полного истощения природных ресурсов?

Ветрогенераторы небольшой мощности могут работать там, где средняя скорость воздушного потока до 3,5 м/с. Они вполне справятся с поставкой электроэнергии в дома. Электростанции, работающие на энергии ветра, уверенно приобретают популярность у владельцев домов, расположенных вдали от электросетей. Даже когда дома подключены к сети, использование энергии ветра будет нелишним.

Для загородного дома, расположенного там, где скорость ветра более 4 м/сек, вполне подойдут электростанции 500 Вт. Этого достаточно, чтобы покрыть потребности освещения, работы телевизора, радио.

Если установить электростанцию мощностью до 4 квт, можно полностью снабдить дом, обеспечить работу более мощных агрегатов – стиральной машины, холодильника. Излишки электроэнергии пойдут на отопление.

Чтобы окончательно решить проблему энергоснабжения дома, устанавливайте солнечные батареи, подключайте к сети с ветряками. Тогда навсегда забудете о проблемах. После 6-7 лет затраты аннулируются, пойдёт совершенно бесплатная электроэнергия.

Хороший старт использования альтернативной энергетики на официальном уровне был дан в Волгоградской области в 2009 году. Областным Советом принята программа использования солнечной и ветровой энергии. Планировалось приобщить жителей области к внедрению ветровых и солнечных установок. Солнечные водонагреватели установлены во многих больницах, поликлиниках.

Также ветровые электростанции были установлены, согласно программе, в 12 районах области, которые будут обслуживать жителей села. Так что, хоть и несмело, но настойчиво ветроэнергетика постепенно занимает прочный авторитет в умах российских домовладельцев. Нужда, как говорится, заставит сухари грызть.

В.Ильин

Ветер — источник распределенной энергии: