Источники солнечной и ветровой энергии

Ветровая энергия 

Огромна энергия  движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в  сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и  повсюду на земле дуют ветры - от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих  ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный  океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить  все ее потребности в электроэнергии! Почему же столь обильный, доступный  да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.  

Еще в Древнем  Египте за три с половиной тысячи лет до нашей эры применялись  ветровые двигатели для подъема  воды и размола зерна. За пятьдесят  с лишним веков ветряные мельницы почти не изменили свой облик. Например, в Англии имеется мельница, построенная  в середине XVII в. Несмотря на свой преклонный возраст, она исправно трудится и  по сей день. В России до революции  насчитывалось приблизительно 250 тыс. ветряных мельниц, общая мощность которых  составляла около 1,5 млн. кВт. На них  размалывалось до 3 млрд. пудов зерна  в год. 

Техника XX века открыла  совершенно новые возможности для  ветроэнергетики, задача которой стала  другой - получение электроэнергии. В начале века Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой  могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию  от самого слабого ветерка. Появилось  множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В  новых проектах используются достижения многих отраслей знания.  

Ветряные мельницы оказались прекрасными источниками  даровой энергии. Неудивительно, что  со временем их стали использовать не только для размола зерна. Ветряки  вращали дисковые пилы на больших  лесопилках, поднимали грузы на большие  высоты, использовались для подъема  воды. Наряду с водяными мельницами они оставались, практически, самыми мощными машинами прошлого. В той  же Голландии, например, где ветряков было больше всего, они успешно работали до середины нашего века. Часть их действует  и в настоящее время. 
 

Что интересно, мельницы в средневековье вызывали у некоторых  суеверный страх - настолько непривычными были даже простейшие механические приспособления. Мельникам приписывали общение  с нечистой силой. 

В наши дни к созданию конструкций ветроколеса - сердца любой  ветроэнергетической установки - привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие  выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Типы ветрогенераторов 

Разработано большое  количество ветрогенераторов. В зависимости  от ориентации оси вращения по отношению  к направлению потока ветрогенераторы  могут быть классифицированы:

• с горизонтальной осью вращения, параллельной направлению  ветрового потока;

• с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной направлению  ветра (подобные водяному колесу);

• с вертикальной осью вращения, перпендикулярной направлению  ветрового потока. 

Здесь - сайт ветроэнергетики. НПГ «САЙНМЕТ» является отечественным  РАЗРАБОТЧИКОМ И ПРОИЗВОДИТЕЛЕМ ветроэнергетических установок (ветрогенераторов), одним из мировых лидеров в  области автономной ветроэнергетики  – обладателем Гран-при и трех золотых медалей Всемирной Брюссельской выставки инноваций «Eureka-2005». НПГ  «САЙНМЕТ» представляет автономные ветроэнергетические установки: ветрогенератор мощностью 5 и ветрогенератор мощностью 40кВт, а также ветросолнечные и  ветродизельные установки на их основе.  

Ветродизельные энергетические установки могут быть объединены в локальные сети, а также сопряжены  с солнечными батареями. Ветродизельные агрегаты, в зависимости от ветрового  потенциала местности, позволяют экономить 50-70% топлива, потребляемого дизель-генераторами сравнимой мощности. 

Основные конструктивные решения ветрогенераторов защищены патентами на изобретения.

Энергия ветра 

Человек использует энергию ветра с незапамятных времен. Но его парусники, тысячелетиями  бороздившие просторы океанов, и  ветряные мельницы использовали лишь ничтожную долю из тех 2,7 трлн. кВт  энергии, которыми обладают ветры, дующие на Земле. Полагают, что технически возможно освоение 40 млрд. кВт, но даже это более чем в 10 раз превышает  гидроэнергетический потенциал  планеты.  

Почему же столь  обильный доступный и экологически чистый источник энергии так слабо  используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего  одну тысячную мировых потребностей в энергии.  

Ветровой энергетический потенциал Земли в 1989 году был  оценен в 300 млрд. кВт * ч в год. Но для технического освоения из этого  количества пригодно только 1,5%. Главное  препятствие для него – рассеянность и непостоянство ветровой энергии. Непостоянство ветра требует  сооружения аккумуляторов энергии, что значительно удорожает себестоимость  электроэнергии. Из-за рассеянности при  сооружении равных по мощности солнечных  и ветровых электростанций для последних  требуется в пять раз больше площади (впрочем, эти земли можно одновременно использовать и для сельскохозяйственных нужд). Но на Земле есть и такие  районы, где ветры дуют с достаточным  постоянством и силой. (Ветер, дующий со скоростью 5-8 м/сек., называется умеренным, 14-20 м/сек. – сильный, 20-25 м/сек. –  штормовым, а свыше 30 м/сек. – ураганным). Примерами подобных районов могут  служить побережья Северного, Балтийского, арктических морей. 

Новейшие исследования направлены преимущественно на получение  электрической энергии из энергии  ветра. Стремление освоить производство ветроэнергетических машин привело  к появлению на свет множества  таких агрегатов. Некоторые из них  достигают десятков метров в высоту, и, как полагают, со временем они  могли бы образовать настоящую электрическую  сеть. Малые ветроэлектрические агрегаты предназначены для снабжения  электроэнергией отдельных домов. 

Сооружаются ветроэлектрические станции преимущественно постоянного  тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину – генератор электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы. 

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током  нефтяников; они успешно работают в труднодоступных районах, на дальних  островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где нет поблизости крупных  населенных пунктов и электростанций общего пользования. 

Основное направление  использования энергии ветра  – получение электроэнергии для  автономных потребителей, а также  механической энергии для подъема  воды в засушливых районах, на пастбищах, осушения болот и др. В местностях, имеющих подходящие ветровые режимы, ветроустановки в комплекте с  аккумуляторами можно применять  для питания автоматических метеостанций, сигнальных устройств, аппаратуры радиосвязи, катодной защиты от коррозии магистральных  трубопроводов и др. 

По оценкам специалистов, энергию ветра можно эффективно использовать там, где без существенного  хозяйственного ущерба допустимы кратковременные  перерывы в подаче энергии. Использование  же ветроустановок с аккумулированием энергии позволяет применять  их для снабжения энергией практически  любых потребителей.  

Мощные ветровые установки стоят обычно в районах  с постоянно дующими ветрами (на морских побережьях, в мелководных  прибрежных зонах и т.д.) Такие  установки уже используют в России, США, Канаде, Франции и других странах. 

Широкому применению ветроэлектрических агрегатов в  обычных условиях пока препятствует их высокая себестоимость. Вряд ли требуется  говорить, что за ветер платить  не нужно, однако машины, нужные для  того, чтобы запрячь его в работу, обходятся слишком дорого. 

При использовании  ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток её в периоды безветрия. Как же накапливать и сохранить  впрок энергию ветра? Простейший способ состоит в том, что ветряное колесо движет насос, который накапливает  воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и  генератор постоянного или переменного  тока. Существуют и другие способы  и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных батарей до раскручивания  гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные  пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива. Особенно перспективным  представляется последний способ. Электрический  ток от ветроагрегата разлагает  воду на кислород и водород, Водород  можно хранить в сжиженном  виде и сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.

Литература  

Наука и жизнь, №1, 1991 г. М.: Правда.   

Техника молодёжи, №5, 1990 г.   

Феликс Р. Патури Зодчие ХХI века М.: ПРОГРЕСС, 1979. 345 с.   

Наука и жизнь, No10, 1986 г. М.: Правда.   

Багоцкий В.С., Скундин  А.М. Химические источники тока М.: Энергоиздат, 1981. 360 с.   

Коровин Н.В. Новые  химические источники тока М.: Энергия, 1978. 194 с.   

Д-р Дитрих Берндт Конструкторский уровень и технические  границы применения герметичных  батарей А/О ВАРТА Беттери Научно-исследовательский  центр   

Лаврус В.С. Батарейки  и аккумуляторы К.: Наука и техника, 1995. 48 с.   

Наука и жизнь, №5...7, 1981 г. М.: Правда.   

Мурыгин И.В. Электродные  процессы в твердых электролитах М.: Наука, 1991. 351 с.   

The Power Protection Handbook American Power Conversion   

Шульц Ю. Электроизмерительная техника 1000 понятий для практиков  М.: Энергоиздат, 1989. 288 с.   

Наука и жизнь, №11, 1991 г. М.: Правда.   

Ю. С. Крючков, И. Е. Перестюк Крылья Океана Л.: Судостроение, 1983. 256 с.   

В. Брюхань. Ветроэнергетический  потенциал свободной атмосферы  над СССР Метрология и гидрология. №6, 1989 г.   

New scientist №1536, 1986 г.   

Daily Telegraf, 25.09.1986 г.