XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Использование энергии воздушных потоков началось с применения паруса, для движения судов по воде. Энергия ветра в механических установках используется уже несколько столетий на мельницах и в водяных насосах. Но с появлением тепловых и гидравлических двигателей (генераторов) энергия ветра стала менее актуальна, так как двигателя выдают большую мощность, а топливо для них было доступным. Однако, когда тепловая энергетика стала угрожать всему живому, использование ветряной энергии становится актуальным.

Использовать ветер для выработки электроэнергии стали с 10-20 годов XX века. А с 70-х годов прошлого столетия ветроэнергетика стала стремительно развиваться. На данный момент ветроэнергетика заметно развилась и производит более 2% электрической энергии в общей доле производимого электричества в мире. Ветроэнергетика выступает как источник энергии, помогающий странам решать вопросы энергетической безопасности и экологии.

В России с начала ХХ века, с постепенным внедрением электричества в повседневную жизнь человека, использование ветровых установок было одним из способов получения электрической энергии. В разные годы эта отрасль переживала взлеты и падения, вызванные состоянием экономики страны, успехами в развитии технических устройств и потребностью в источниках энергии. Благодаря своей значительной площади, а также расположением в различных географических и климатических зонах, Россия обладает огромным потенциалом использования ветровой энергии. По данным экспертов, потенциал оценивается в более, чем в 50000 млрд.кВт.час электрической энергии в год, что может составлять до 30% производимой электроэнергии энергосистемой страны.

Возможность использования энергии ветра, в различных регионах, можно оценить, посмотрев на карту ветровых зон:

Из приведенной карты видно, что потенциально, использование ветровых установок, возможно на значительной территории страны. Наиболее благоприятные районы, это: прибрежные территории северных, Черного, Каспийского и Азовского морей, полуостров Камчатка, остов Сахалин, внутренняя территория страны от Волги и Дона, до Карелии, Алтая и Тувы.
В настоящее время развитию ветроэнергетики уделяется повышенной внимание, и широко пропагандируется в международном сообществе. Поэтому в последние годы, наблюдается динамика роста по вводу в эксплуатации энергетических мощностей из-за угрозы экологии и отсутствии трат на топливо для генерации энергии. Уже сегодня ветроэнергетика позволяет снизить выбросы парниковых газов в атмосферу в объеме более 330 млн. тонн. в год. К сожалению, их все же нельзя назвать полностью экологически безопасными, так как ветроэнергетическая установка довольно шумная, и поэтому в Европе законодательно установлен предельный уровень шума для дневного и ночного времени, который ветряные электростанции не должны превышать. Кроме того, работу ветряных электростанций приходится останавливать во время сезонного перелета птиц (на данный случай в Европе также имеется законодательное ограничение). В России подобных ограничений нет, но ветряные электростанции не располагаются поблизости от жилых домов – исходя из удобства населения. Основным минусов ветроэнергетики является зависимость эффективности работы ветряной электростанции от времени года, времени суток, погодных условий и географического положения. Скорость ветра изменяется в зависимости от всех этих параметров, а так как энергия ветра является кинетической, то она напрямую связана со скоростью (Е = m×v2/2) – чем выше скорость, тем, соответственно, больше энергии вырабатывает ветроустановка. Поэтому ветряные электростанции приходится использовать обычно вместе с другими источниками энергии, а также пользоваться аккумуляторами, которые принимали бы избыток энергии в ветреные дни и отдавали бы во время штиля. А плюсами ветряных электростанций являются быстроту возведения ветроустановки: даже для промышленной установки требуется не более двух недель, учитывая время, затраченное на подготовку площадки, ну а бытовой ветро-генератор, пригодный для снабжения энергией частного дома или коттеджа, устанавливается за считанные часы. Иногда к минусам ветряных электростанций относят довольно большую площадь, которую занимают ветроустановки (электростанция может содержать сто и более ветроэнергетических установок). Однако, наряду с наземными ветряными электростанциями, сейчас устанавливаются и прибрежные (их существенным плюсом является стабильность работы – за счет морских бризов), шельфовые (находятся в море на значительном удалении от берега (10-60 км), не занимают земельные участки, весьма эффективны, так как морские ветры регулярны и обладают значительной скоростью).

Ветроэнергетика на сегодняшний день является одним из наиболее динамично развивающихся и перспективных видом источников возобновляемой энергетики и важным направлением в энергосбережении. Разрабатываются новые модели ветроустановок, в которых усиливаются плюсы и минимизируются минусы. Например, уже тестируются плавающие и парящие ветрогенераторы. Они устанавливаются довольно далеко от берега, не занимают земельные участки, их работа максимально эффективна за счет постоянных морских ветров. Также эффективны и парящие ветрогенераторы: чем выше – тем больше скорость ветра, и такие ветроустановки могут использовать максимальную силу ветра.

Перспективы ветроэнергетики очень большие, она позволит значительно снять нагрузку с традиционной энергетики, что сократит потребление топлива, а так же снизит выброс вредных веществ в окружающую среду.

Литература:

Беззубцева М.М., Волков В.С. Нетрадиционная и возобновляемая энергетика: конспект лекций для обучающихся по направлению подготовки 35.04.06 «Агроинженерия», профиль «Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем». — СПб.: СПбГАУ, 2016. — 127 с.

В.С.Кривцов, А.М.Олейников, А.И.Яковлев. «Неисчерпаемая энергия. Книга 1. Ветроэлектрогенераторы» изд. Национальный аэрокосмический ун-т, Харьков, 2003 г.

В.С.Кривцов, А.М.Олейников, А.И.Яковлев. «Неисчерпаемая энергия. Книга 2. Ветроэнергетика» изд. Национальный аэрокосмический ун-т, Харьков, 2004 г.

Strickland, M.D., E.B. Arnett, W.P. Erickson, D.H. Johnson, G.D. Johnson, M.L., Morrison, J.A. Shaffer, W. Warren-Hicks. «COMPREHENSIVE GUIDE TO STUDYING WIND ENERGY/WILDLIFE INTERACTIONS», National Wind Coordinating Collaborative, 2011