Возобновляемые источники энергии: энергия ветра

 Небольшие  единичные ветроустановки могут  иметь проблемы с сетевой инфраструктурой,  поскольку стоимость линии электропередач  и распределительного устройства  для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими. Проблема частично решается, если ветроустановка подключается к местной сети, где есть энергопотребители. В этом случае используется существующее силовое и распределительное оборудование, а ВЭС создаёт некоторый подпор мощности, снижая мощность, потребляюмую местной сетью извне. Трансформаторная подстанция и внешняя линия электропередач оказываются менее нагруженными, хотя общее потребление мощности может быть выше. 

 Крупные ветроустановки  испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти, ротора и т. п.) на высоте более 100 м является сложным и дорогостоящим мероприятием. 

 В России  считается, что применение ветрогенераторов  в быту для обеспечения электричеством  малоцелесообразно из-за: 

 Высокой стоимости  инвертора ~ 50 % стоимости всей  установки (применяется для преобразования  переменного или постоянного  тока получаемого от ветрогенератора  в ~ 220В 50Гц (и синхронизации  его по фазе с внешней сетью  при работе генератора в параллель)) 

 Высокой стоимости  аккумуляторных батарей — около  25 % стоимости установки (используются  в качестве источника бесперебойного  питания при отсутствии или  пропадании внешней сети) 

 Для обеспечения  надёжного электроснабжения к  такой установке иногда добавляют дизель-генератор, сравнимый по стоимости со всей установкой. 

 В настоящее  время, несмотря на рост цен  на энергоносители, себестоимость  электроэнергии не составляет  сколько-нибудь значительной величины  у основной массы производств  по сравнению с другими затратами; ключевыми для потребителя остаются надёжность и стабильность электроснабжения. 

 Основными  факторами, приводящими к удорожанию  энергии, получаемой от ветрогенераторов, являются: 

 Необходимость  получения электроэнергии промышленного качества ~ 220В 50 Гц (требуется применение инвертора) 

 Необходимость  автономной работы в течение  некоторого времени (требуется  применение аккумуляторов) 

 Необходимость  длительной бесперебойной работы  потребителей (требуется применение  дизель-генератора) 

 В настоящее  время наиболее экономически  целесообразно получение с помощью  ветрогенераторов не электрической  энергии промышленного качества, а постоянного или переменного  тока (переменной частоты) с последующим  преобразованием его с помощью  ТЭНов в тепло, для обогрева жилья и получения горячей воды. Эта схема имеет несколько преимуществ: 

 Отопление  является основным энергопотребителем  любого дома в России. 

 Схема ветрогенератора  и управляющей автоматики кардинально  упрощается. 

 Схема автоматики может быть в самом простом случае построена на нескольких тепловых реле. 

 В качестве  аккумулятора энергии можно использовать  обычный бойлер с водой для  отопления и горячего водоснабжения. 

 Потребление  тепла не так требовательно  к качеству и бесперебойности: температуру воздуха в помещении можно поддерживать в широких диапазонах 19—25 °C, а в бойлерах горячего водоснабжения 40—97 °C без ущерба для потребителей. 
 

 Экологические  аспекты ветроэнергетики 
 

 Ветрогенератор  мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота. 

 По оценкам  Global Wind Energy Council к 2050 году мировая  ветроэнергетика позволит сократить  ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда  тонн. 

 Ветряные  энергетические установки производят две разновидности шума: 

 механический  шум — шум от работы механических  и электрических компонентов  (для современных ветроустановок  практически отсутствует, но является  значительным в ветроустановках  старших моделей) 

 аэродинамический  шум — шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки) 

 В настоящее  время при определении уровня  шума от ветроустановок пользуются  только расчётными методами. Метод  непосредственных измерений уровня шума не дает информации о шумности ветроустановки, так как эффективное отделение шума ветроустановки от шума ветра в данный момент невозможно. 

 Источник  шума Уровень шума, дБ 

 Болевой порог  человеческого слуха 120 

 Шум турбин  реактивного двигателя на удалении 250 м 105 

 Шум от  отбойного молотка в 7 м 95 

 Шум от  грузовика при скорости движения 48 км/ч на удалении в 100 м  65 

 Шумовой фон  в офисе 60 

 Шум от  легковой автомашины при скорости 64 км/ч 55 

 Шум от  ветрогенератора в 350 м 35—45 

 Шумовой фон ночью в деревне 20—40 

 В непосредственной  близости от ветрогенератора  у оси ветроколеса уровень  шума достаточно крупной ветроустановки  может превышать 100 дБ. 

 Примером  подобных конструктивных просчётов  является ветрогенератор Гровиан.  Из-за высокого уровня шума установка проработала около 100 часов и была демонтирована. 

 Законы, принятые  в Великобритании, Германии, Нидерландах  и Дании, ограничивают уровень  шума от работающей ветряной  энергетической установки до 45 дБ  в дневное время и до 35 дБ  ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м. 

 Низкочастотные  колебания, передающиеся через  почву, вызывают ощутимый дребезг  стекол в домах на расстоянии  до 60 м от ветроустановок мегаваттного  класса. 

 Как правило,  жилые дома располагаются на расстоянии не менее 300 м от ветроустановок. На таком расстоянии вклад ветроустановки в инфразвуковые колебания уже не может быть выделен из фоновых колебаний. 

 При эксплуатации  ветроустановок в зимний период  при высокой влажности воздуха  возможно образование ледяных наростов на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлет льда на значительное расстояние. Как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ветроустановки. 

 Кроме того, в случае легкого обледенения  лопастей были отмечены случаи  улучшения аэродинамических характеристик  профиля. 

 Визуальное  воздействие ветрогенераторов —  субъективный фактор. Для улучшения  эстетического вида ветряных  установок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные архитекторы привлекаются для визуального обоснования новых проектов. 

 В обзоре, выполненном датской фирмой AKF, стоимость  воздействия шума и визуального  восприятия от ветрогенераторов  оценена менее 0,0012 евро на 1 кВт·ч. Обзор базировался на интервью, взятых у 342 человек, живущих поблизости от ветряных ферм. Жителей спрашивали, сколько они заплатили бы за то, чтобы избавиться от соседства с ветрогенераторами. 

 Турбины занимают  только 1 % от всей территории ветряной фермы. На 99 % площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью[28], что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землёй, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход. В США стоимость аренды земли под одной турбиной составляет $3000-$5000 в год. 

 Источник  энергии Удельный показатель  площади земельного участка, требующейся  для производства 1 млн кВт·ч за 30 лет 

 Геотермальный  источник 404 

 Ветер 800—1335 

 Фотоэлектрический  элемент 364 

 Солнечный  нагревательный элемент 3561 

 Уголь 3642 

 Вред, наносимый  животным и птицам 

 Причины гибели  птиц (из расчёта на 10 000) штук 

 Дома/ окна 5500 

 Кошки 1000 

 Другие причины  1000 

 ЛЭП 800 

 Механизмы  700 

 Пестициды  700 

 Телебашни  250 

 Ветряные турбины Менее 1 

 Популяции  летучих мышей, живущие рядом  с ВЭС на порядок более уязвимы,  нежели популяции птиц. Возле  концов лопастей ветрогенератора  образуется область пониженного  давления, и млекопитающее, попавшее  в неё, получает баротравму. Более 90 % летучих мышей, найденных рядом с ветряками обнаруживают признаки внутреннего кровоизлияния. По объяснениям учёных, птицы имеют иное строение лёгких, а потому более резистентны к резким перепадам давления и страдают только от непосредственного столкновения с лопастями ветряков[30]. 

 В отличие  от традиционных тепловых электростанций, ветряные электростанции не используют  воду, что позволяет существенно  снизить нагрузку на водные  ресурсы. 

 Металлические  сооружения ветроустановки, особенно  элементы в лопастях, могут вызвать значительные помехи в приёме радиосигнала. Чем крупнее ветроустановка, тем большие помехи она может создавать. В ряде случаев для решения проблемы приходится устанавливать дополнительные ретрансляторы. 
 

 Заключение 
 

 К 2030 году  ожидается рост энергопотребления как минимум в полтора раза по сравнению с показателями этого года. Это определено скорректированным вариантом генеральной схемы размещения объектов электроэнергетики в соответствии с долгосрочным прогнозом спроса на электроэнергию. 

 Для этого  потребуется дополнительно построить  не менее половины от существующих  мощностей - примерно 100 ГВт. Учитывая, что износ действующих мощностей  составляет более 60%, то объем  вводов и модернизации старых  мощностей необходимо удвоить.  Возникает вопрос: на какие типы станций следует делать ставку в ближайшие 20 лет в России? 

 Европейский  союз уже сформулировал стратегию  по развитию собственной энергетики: к 2020 году в каждой стране  ЕС не менее 20% энергии должно  вырабатываться с использованием возобновляемых источников энергии. Нередко их именуют альтернативными. Имеется в виду, что они способны заменить собой энергетику, работающую на органическом топливе (газ, уголь, нефтепродукты). Как правило, выделяют следующие основные источники альтернативной энергии: энергия ветра, солнечная энергия, энергия воды (кроме гидроаккумулирующих элеткростанций), геотермальная энергия, низкопотенциальная тепловая энергия земли, биомасса и биогаз. 

 Политика  ЕС как раз и направлена  на максимальное использование потенциала этих источников. Логика принятия решений понятна: с одной стороны, ужесточаются экологические требования, что сделает альтернативную энергетику в недалеком будущем конкурентоспособной по отношению к традиционной, с другой стороны, страны Евросоюза стремятся диверсифицировать энергетические потоки и стать более независимой. А что происходит с возобновляемыми источниками энергетики (ВИЭ) в России? 

 Существует  ряд нормативно-правовых актов  по стимулированию развития ВИЭ  в России: от ФЗ "Об электроэнергетике", определяющий понятие и виды ВИЭ, устанавливающий полномочий Правительства РФ в этой сфере, закладывающий основы государственной поддержки ВИЭ, до распоряжения Правительства РФ от 08.01.2009 N1-р "Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе ВИЭ на период до 2020 г.". В этих документах содержатся целевые показатели объема производства и потребления электроэнергии, произведенной на ВИЭ. Однако эти цифры не столь амбициозны, как в Европе: к 2020 году установлен ориентир в 4,5%. Почему так мало?