№ 17/17

Ветряки выходят в мир

 Ветроэнергетические установки — неожиданно для многих — в последние годы вплотную подошли к выполнению двух главных условий: во-первых, мощность этих энергоисточников должна быть достаточно велика и соизмерима с мощностью традиционных электростанций и, во-вторых, приведенная стоимость получаемой электроэнергии также должна быть соизмерима с затратами на ее производство на существующих электростанциях.

Еще до недавнего времени ветряные турбины устойчиво рассматривались как принадлежность малой или локальной энергетики. При этом их единичная мощность не превышала 25-30 киловатт, и приведенная цена производимой электроэнергии, несмотря на даровую энергию ветра, на порядок превосходила себестоимость электроэнергии современных тепловых и атомных электростанций (ТЭС и АЭС). Ситуация начала меняться в середине 1980-х годов с освоением в Дании производства ВЭУ единичной мощностью, измеряемой сотнями киловатт, и развитием в Дании, а затем также в Германии, Нидерландах, отдельных штатах США программ строительства «ветроэнергетических хозяйств» из десятков и сотен ВЭУ.

С тех пор, и особенно за последние несколько лет, ветроэнергетика стала одной из наиболее бурно и успешно развивающихся отраслей промышленности. Общий оборот мирового рынка ВЭУ в 1999 году превысил 3 миллиарда долларов. По оценкам специалистов, за два десятилетия сменилось уже семь поколений ВЭУ. Их единичная мощность в настоящее время достигает полутора – двух с половиной мегаватт (МВт). В ближайшее время можно ожидать увеличения до 3-5 МВт. При этом длина лопастей 75 м и, соответственно, диаметр ротора порядка 150 м, требуемые для достижения мощности в 5 МВт, являются, по-видимому, предельными при современных материалах и технологиях. Наиболее мощная из ныне действующих ветроустановок (2,5 МВт) с диаметром ротора и высотой мачты в 80 м была сооружена весной 2000 года в Германии.

 Уже существующие, сооружаемые и проектируемые ветроэнергетические хозяйства (ВЭХ) имеют установленную мощность до 200-300 МВт, то есть соизмеримы по мощности с небольшой ТЭС. Очень популярна идея размещения ВЭУ в прибрежных водах, где дуют сильные и устойчивые ветра. При этом также снимаются весьма острые для развитых стран вопросы отчуждения земли и звукового воздействия ВЭХ на окружение. Самое крупное на сегодняшний день прибрежное ВЭХ в составе двадцати ВЭУ мощностью по 2 МВт сооружается в проливе Эрезунд между Данией и Швецией.

В начале 1980-х годов стоимость электроэнергии, производимой ВЭХ, составляла примерно 38 центов США за киловатт-час, а в настоящее время она оценивается в 3-6 центов. Эта цифра ниже для более мощных ВЭХ с более современными ВЭУ большей единичной мощности. При этом в ряде стран действуют налоговые льготы, дополнительно снижающие стоимость электроэнергии ВЭХ. Для сравнения стоит указать, что средняя по США себестоимость электроэнергии для ТЭС и АЭС находится на уровне 1,8-3,5 центов за киловатт-час. Более глубокая специализация ВЭУ, использование прогрессивных конструктивных решений и материалов позволяют рассчитывать на дальнейшее снижение стоимости электроэнергии, производимой ВЭХ. В результате ветроэнергетика может стать источником самой дешевой электроэнергии, производимой в промышленных масштабах.

В 1999 году суммарная выработка ВЭУ составила 0,2 процента общего объема мирового производства электроэнергии. Ожидается, что к 2020 году доля ветроэнергетики превысит уже 1 процент. Но и эта цифра показательна не более, чем пресловутая «средняя температура по больнице». Две трети общей мощности ВЭУ в мире на конец 1999 года были сосредоточены в пяти странах: Германии, США, Дании, Испании и Индии. И вот результат. Уже в настоящее время Дания и земля Шлезвиг-Гольштейн в ФРГ покрывают порядка 10 процентов своей потребности в электроэнергии за счет ВЭУ. Вместе с тем все более широко вовлекаются в развитие ветроэнергетики Китай, Великобритания, Нидерланды, Швеция, Италия, Франция. В 2000 году общий прирост установленной мощности ВЭУ в мире превысил суммарную мощность введенных новых блоков АЭС. Для многих стран развитие ветроэнергетики имеет значение не только с позиций защиты окружающей среды, но и для повышения независимости от закупок энергетического топлива за рубежом. Весьма актуальна проблема развития «большой ветроэнергетики» и для России.

Современные относительно мощные ВЭУ производятся сейчас в Дании, Германии, США, Швеции, Японии, Испании. Как правило, они имеют трех- или, реже, двухлопастные роторы. Установка обычно рассчитывается на скорость ветра, изменяющуюся в диапазоне от 3 до 25 метров в секунду; максимальная скорость ветра, которую должны выдержать лопасти и несущая мачта, — 60 метров в секунду. Энергия вращения ротора передается на асинхронный генератор через редуктор и разъемную муфту, размещаемые в капсуле (гондоле) ВЭУ. Хотя лопасти ВЭУ внешне похожи на вертолетные, условия их работы принципиально отличны, что требует применения более сложных, трехмерных с учетом эффекта срыва потока, методов аэродинамического расчета. Лопастям придается специальная форма с сужением к концу для уменьшения шума от вращающегося ротора, капсула также имеет специальную звукоизоляцию. В результате уровень шума в непосредственной близости от ВЭУ обычно не превышает 100 децибелл.

Весьма перспективную концепцию, названную Windformer, предложила фирма АВВ (ныне входящая в концерн ALSTOM). В новой ВЭУ, в отличие от традиционной, вместо обычного асинхронного генератора используется специальный генератор высокого напряжения, отсутствуют редуктор, устройство плавного запуска, разъемная муфта, трансформатор. Все это существенно сокращает размеры капсулы ВЭУ, повышает общую надежность и ремонтопригодность, снижает уровень шума. Генерируемый переменный ток высокого напряжения (свыше 20 киловольт) преобразуется в постоянный ток. Несколько ВЭУ объединяются в группу (кластер), и энергия от них поступает по кабелям постоянного тока к общему преобразователю, подключенному к сети. Первая такая ВЭУ расчетной мощностью 3 МВт с трехлопастным ротором диаметром 90 метров и высотой мачты 70 метров сооружается в настоящее время в Швеции.

Александр Лейзерович

Стоит знать

  • Конвейер лекарств
    Генетическая медицина становится на Западе реальностью. Особенно впечатляющими оказались успехи в фармацевтике.
  • Лечить болезни по-новому
    Всего за минувшее десятилетие генетическими методами лечили около четырех тысяч пациентов. Сейчас в различных клиниках мира опробуется около четырехсот подобных видов терапии. Особых достижений пока не видно, и все же отдельные успехи есть.
  • Дело Бэббиджа живет и побеждает
    В 1823 году англичанин Чарльз Бэббидж принялся создавать первый в мире компьютер. Что это было за время? Откуда там взяться компьютеру?
  • Ландау + Лифшиц = … Ландафшиц
    В истории физики имена Ландау и Лифшица связаны необыкновенно крепко. В пределах школьных знаний можно сказать, что они связаны гораздо крепче имен Бойля и Мариотта, а если и уступают Гей-Люссаку, то лишь потому, что это — двойное имя одного человека.
  • Небесный огонь
    Теперь о жизни Беляева остается досказать совсем немногое. Тяжело больной он ежедневно преодолевал мучительную боль, садился за письменный стол и работал. Одних романов он написал шестнадцать да еще повести, рассказы, статьи...
  • Открытие на кончике пальца
    Конечно, открытие это может показаться маловажным, ведь кисть руки состоит из 26 костей, 19 мышц и почти сотни связок, но эта новая связка интересна для медиков следующим.
  • АПК «Курск» — подъем!
    Никогда до нас ни одна компания или государство мира не осуществляла в полном объеме подобный проект так, чтобы были выполнены все поставленные задачи.
  • Цветок шиповника — наш город.
    Оказывается, в московских приказах разрабатывались образцы городов, учитывающие специфику местности, ландшафта, окружения, наконец, среднегодовую температуру — в жарком климате строить один город, а в холодном — совсем другой.
  • Половодье красоты великой...
    В лесу тоже перебегают дорогу ручьи, но тут они намного сильнее, звучнее полевых, слышатся издали — такой живой говор, такое любовное, доверчиво-ласковое журчание несется навстречу, что невольно ускоряешь шаг.
  • Снежный человек становится бурым…
    Десятилетиями энтузиасты искали странное существо, похожее на человека. Его называли йети, саскватч, бигфут… Его встречали в Гималаях, в Северной Америке, на Памире…
  • Неужели эпоха Возрождения наступила из-за потепления климата?
    Совершенствуя методы анализа и интерпретации, можно не только довольно точно реконструировать климат и условия жизни прошлого, но и переосмыслить имеющиеся факты из истории человеческого общества.
  • Островок удовольствия в океане житейских забот
    Более 130 лет назад венский профессор Эммануил Герман предложил миру образец корреспонденции нового рода — так называемое открытое письмо. Вряд ли он подозревал, что его детище станет действенным средством рекламы и к тому же будет доставлять истинное удовольствие многим людям в разных странах.
  • Практически полезные музеи
    Считавшийся лучшим в Европе Венский Королевский торговый музей (при нем действовал поддерживаемый правительством экспортный клуб) был замечателен тем, что оказывал содействие как крупному, так и мелкому производству.
  • Теперь человеку — 7 миллионов лет!
    Первая находка древнего человека была сделана Иоганном Карлом Фульроттом в долине реки Неандер, в Германии — это были останки неандертальца. С той поры и начинается гонка в поисках все более древних существ.
  • Продолжим наши игры!
    Сегодня компьютерные игры уже перешли в «высшую лигу» массовой культуры, где серьезные бизнесмены, максимизируя свои доходы, вкладывают большие деньги в те проверенные жанры, где риск минимален, а продажи максимальны, поощряют выход продолжений, расширений и т.п.
  • Приятно жить в солнечном веке!
    Сейчас нам известно свыше 42 тысяч нефтяных месторождений, однако три четверти всех мировых запасов нефти сосредоточено всего в трехстах из них. После 1977 года не найдено ни одного крупного месторождения.
  • Соты и мобильная связь
    Удивительно то, что никакой особой революции не было. Мобильная радиосвязь действует по принципам, открытым в XIX веке. Информацию передают электромагнитные волны, предсказанные Максвеллом и экспериментально обнаруженные Герцем. Ничего принципиально нового по сравнению с радиоустройствами Попова и Маркони: передатчик, приемник, антенны.
  • Ты гений или просто умный?
    Предполагалось, что интеллект ребенка развивается, как бабочка из кокона, и главное — не мешать этому естественному процессу. Грубо говоря, достаточно следить, чтобы ребенок не стукнулся головой, а об остальном позаботится природа. Если же природа умом обделила, то ничего не попишешь.
  • Индийская соль
    Самая главная и самая важная составная часть всех сладостей — сахар. Но сахар бывает разным. Тот сахарный песок, который мы используем в быту, — почти стопроцентная сахароза.
  • От триумфа к провалу
    Фирма «Байер» могла запатентовать только название условно нового препарата. Устная легенда гласит, что это название являлось признанием заслуг сотрудников, героев - добровольцев, которые испытывали новинку на себе. Отсюда и пошел героин.
  • Волшебные напитки
    Самые знаменитые ликеры мира — Шартрез и Бенедиктин — основаны на композиции из богатого букета лекарственных трав, имеют давнюю историю и несут на себе отпечаток древних тайн и магии.
  • Азия: Роботы вместо самолетов?
    В самом деле, может быть, и нам не пускаться в автогонку, а развивать компьютерные технологии? Выпускать роботы вместо автомашин?
  • Новое слово в истории науки
    Английских слов русского происхождения, если не считать названий, около полусотни. Разглядывая эти русские слова в английском написании, не всегда легко понять, почему они прибыли именно в таком-то году. Почему слово MUZHIK начало свою английскую жизнь во времена Ивана Грозного?
  • Жвачку придумали в Древней Мексике
    Интересно, у какого же народа впервые появилось желание использовать жвачку? Американские ученые утверждают, что жвачку придумало индейское племя майя, появление которого на территории Мексики, Гватемалы и Гондураса относится к первому тысячелетию новой эры.
  • Окошки-окошечки...
    «Окна — это очи дома» — гласит народная мудрость. Овеянный старинными поверьями, одушевленный в легендах и сказках, дом воспринимался как живое существо — доброе, благо желательное, подобное человеку. Поэтому окна были очами, раскрытыми в окружающий мир.
  • ВРЕМЯ МАЯТЬСЯ, ВРЕМЯ ВЕСЕЛИТЬСЯ
    Май — месяц особенный. К нему в народе отношение пристрастное. Мол, в мае лучше не жениться, а то всю жизнь маяться будешь. А уж если родился в мае — век майся. Насколько это поверье справедливо? Заглянем в историю.