Ветроэнергетика
Ветер дует везде — на суше и на море. Человек не сразу понял, что перемещение воздушных масс связано с неравномерным изменением температуры и вращением земли, но это не помешало нашим предкам использовать ветер для мореплавания.
В глубине материка — нет постоянного направления ветра. Так как разные участки суши, в разное время года, нагреваются по-разному, можно говорить только о преимущественном сезонном направлении ветра.
Кроме того, на разной высоте ветер ведёт себя по-разному, а для высот до 50 метров — характерны рыскающие потоки.
Для приземного слоя, толщиной в 500 метров, энергия ветра, превращающаяся в тепло, составляет, примерно, 82 триллиона киловатт-часов в год.
Конечно, всю её использовать невозможно, в частности, по той причине, что часто поставленные ветряки будут затенять друг друга.
В то же время, отобранная у ветра энергия, в конечном счёте, вновь превратится в тепло.
Среднегодовые скорости воздушных потоков на стометровой высоте превышают 7 м/с.
Если выйти на высоту в 100 метров, используя подходящую естественную возвышенность, то везде можно ставить эффективный ветроагрегат.
Упряжь для ветра
Принцип действия всех ветродвигателей один: под напором ветра вращается ветроколесо с лопастями, передавая крутящий момент, через систему передач, валу генератора, вырабатывающего электроэнергию, водяному насосу или электрогенератору.
Чем больше диаметр ветроколеса, тем больший воздушный поток оно захватывает и тем больше энергии вырабатывает агрегат.
Принципиальная простота даёт здесь исключительный простор для конструкторского творчества, но только неопытному взгляду ветроагрегат представляется простой конструкцией.
Традиционная компоновка ветряков — с горизонтальной осью вращения — неплохое решение для агрегатов малых размеров и мощностей.
Когда же размахи лопастей выросли, такая компоновка оказалась неэффективной, так как, на разной высоте, ветер дует в разные стороны.
В этом случае, не только не удаётся оптимально ориентировать агрегат по ветру, но и возникает опасность разрушения лопастей.
Кроме того, концы лопастей крупной установки, двигаясь с большой скоростью создают шум.
Однако, главное препятствие на пути использовании энергии ветра, всё же, экономическое — мощность агрегата остаётся небольшой и доля затрат на его эксплуатацию оказывается значительной.
В итоге, себестоимость энергии не позволяет ветрякам с горизонтальной осью оказывать реальную конкуренцию традиционным источникам энергии.
По прогнозам фирмы Боинг (США) — длина лопастей крыльчатых ветродвигателей не превысит 60 метров, что позволит создать ветроагрегаты традиционной компоновки мощностью 7 МВт.
Сегодня самые крупные из них — вдвое «слабее».
В большой ветроэнергетике, только при массовом строительстве, можно рассчитывать на то, что цена киловатт-часа снизится до десяти центов.
Маломощные агрегаты могут вырабатывать энергию, примерно, втрое более дорогую.
Для сравнения, отметим, что серийно выпускавшийся в 1991 году НПО «Ветроэн» крыльчатый ветродвигатель, имел размах лопастей 6 метров и мощность 4 кВт.
Его киловатт-час обходился в 8...10 копеек.